JP5472491B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関において、プレイグニションと呼ばれる現象が発生することがある。プレイグニションの場合、点火プラグによる本来の点火よりも前に、筒内の混合気が着火する。プレイグニションが生ずると、異常に高い筒内圧が発生し、機関がダメージを受けるおそれがある。また、プレイグニションによってノッキングが誘発され、騒音を生ずるという問題もある。

プレイグニションの発生時にはイオンが発生し、このイオンが点火プラグの電極に到達すると、そのイオンにより点火プラグの電極間にイオン電流が流れる。下記特許文献１記載の装置は、上記イオン電流を検出し、もってプレイグニションの発生を検出する。特許文献１では、点火プラグ自体の熱によってプレイグニションが発生する、と想定されている。特許文献１記載の装置は、プレイグニションの発生を検出した場合、点火プラグに燃料が到達するように、吸気行程の上死点近傍で燃料噴射を行う。より詳しくは、筒内インジェクタから噴射された燃料がピストンの頂面に当たって点火プラグ側へ方向を変えて点火プラグに到達するように、燃料噴射を行う。そして、点火プラグに到達した燃料の気化熱によって点火プラグの温度を低下させることにより、プレイグニションを抑制する。

下記特許文献２には、クランク角の上死点における圧縮圧力（ＰＴ）と圧縮行程中の基準筒内圧力（Ｐ０）との圧縮圧力比（ΔＰＴ／ΔＰ０）及び筒内圧力（Ｐ）のクランク角（θ）に対する筒内圧力変化率（ΔＰ／Δθ）を算出し、これらの値を用いてプレイグニション及びノッキングの発生の有無を判定し、プレイグニションのみが発生しているときエンジンの空燃比を増大し、プレイグニション及びノッキングが発生しているとき空燃比を増大するとともに燃料噴射始め時期を遅延せしめる技術が開示されている。

下記特許文献３には、物理モデルにより予測された筒内圧と、筒内圧センサにより計測された筒内圧とを比較することによってプレイグニションを検出し、プレイグニションが検出された場合には筒内インジェクタから燃料を再噴射することによってプレイグニションを抑制する技術が開示されている。

日本特開２００３−２０６７９６号公報 日本特開２００５−９４５７号公報 日本特開２０１０−７１２８４号公報

特許文献１では、点火プラグ自体の熱によってプレイグニションが発生すると想定されているが、最近の研究によれば、プレイグニションは必ずしも点火プラグ自体の熱によって発生するとは限らない。例えば、燃焼室の壁に堆積したデポジット（カーボン）が剥離し、その剥離片が火種となってプレイグニションが発生する場合がある。このため、点火プラグの温度を低下させても、プレイグニションを確実に抑制することは困難である。

また、特許文献１では、プレイグニションを抑制するための燃料噴射を、吸気行程の上死点近傍、すなわちプレイグニションが発生し得るクランク角より前に行う。このため、プレイグニションが検出された場合であっても、その検出したサイクルのプレイグニションの燃焼を抑制することはできない。このため、プレイグニションを検出したサイクルにおける筒内圧の異常上昇を回避することはできない。空燃比または燃料噴射始め時期を変更することによってプレイグニションを抑制する特許文献２の技術の場合も、同様に、プレイグニションを検出したサイクルにおけるプレイグニションの燃焼を抑制することはできないので、プレイグニションを検出したサイクルにおける筒内圧の異常上昇を回避することはできない。

特許文献３には、プレイグニションを検出したサイクルにおいて筒内インジェクタから再噴射を行うことにより、そのプレイグニションの火炎を消火または減衰させることが可能になる、と記載されている。しかしながら、実際上は、この効果が得られることには疑問がある。周知のように、コントロールユニットからの噴射信号がオンになった後、インジェクタが開弁して実際に燃料が噴射されるまでには、作動遅れがある。このため、プレイグニションを検出した後に再噴射を行っても既に手遅れであり、燃料が実際に噴射された時点では、プレイグニションの火炎は既に筒内に広がってしまっている。このため、筒内圧の異常上昇を回避することは困難である。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、プレイグニションによる筒内圧の異常上昇を確実に回避することのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、気筒内に直接に燃料を噴射するインジェクタを備えた内燃機関を制御する装置であって、
クランク角θAまでの期間、プレイグニションの検出操作を実行するプレイグニション検出手段と、
プレイグニションの燃焼を抑制する燃料噴射を行うための噴射指示を、前記クランク角θAより前のクランク角θBのときに、前記インジェクタに対して出す噴射指示手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記プレイグニション検出手段が前記クランク角θAまでの期間にプレイグニションを検出した場合に、前記噴射指示による燃料噴射を、所定時間、または前記クランク角θAより後のクランク角θCまで、継続して行う噴射制御手段を備えることを特徴とする。

また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記プレイグニション検出手段が前記クランク角θAまでの期間にプレイグニションを検出しなかった場合に、前記噴射指示によって開始された前記インジェクタに対する通電を中止する通電中止手段を備えることを特徴とする。

また、第４の発明は、第３の発明において、
前記クランク角θBから前記クランク角θAまでの時間が、前記インジェクタの開弁遅れ時間に相当する時間以下であることを特徴とする。

また、第５の発明は、第３の発明において、
前記クランク角θAの時点は、前記噴射指示により前記インジェクタが開弁する時点より後であって、前記噴射指示による燃料噴射の終了予定時点より前であることを特徴とする。

また、第６の発明は、第１乃至第５の発明の何れかにおいて、
前記内燃機関の運転状態が、プレイグニションが発生する可能性がある状態であるか否かを判定する可能性判定手段を備え、
前記噴射指示手段は、前記可能性判定手段の判定結果が肯定である場合に、前記噴射指示を出すことを特徴とする。

また、第７の発明は、第１乃至第６の発明の何れかにおいて、
前記クランク角θBは、圧縮行程の範囲にあることを特徴とする。

また、第８の発明は、第１乃至第７の発明の何れかにおいて、
前記クランク角θBは、プレイグニションが発生し得る最も早いクランク角より前のクランク角であることを特徴とする。

また、第９の発明は、第１乃至第８の発明の何れかにおいて、
前記気筒内の圧力を検出する筒内圧センサと、
前記筒内圧センサで検出される筒内圧に基づいて、発熱量の指標となる指標値を算出する指標値算出手段と、
を備え、
前記プレイグニション検出手段は、前記指標値算出手段により算出される指標値に基づいてプレイグニションの発生の有無を判定することを特徴とする。

また、第１０の発明は、第９の発明において、
前記筒内圧をＰ、前記気筒内の容積をＶ、筒内ガスの比熱比をκとしたとき、前記指標値は、ＰＶ^κで表されることを特徴とする。

また、第１１の発明は、第９の発明において、
前記筒内圧をＰ、前記気筒内の容積をＶ、筒内ガスの比熱比をκ、クランク角をθとしたとき、前記指標値は、d(ＰＶ^κ)/dθで表されることを特徴とする。

第１の発明によれば、プレイグニションの燃焼を抑制するための燃料噴射を、プレイグニションの燃え始めに確実に間に合わせることができる。このため、プレイグニションの火炎を初期の時点で確実に消火または減衰させることができる。よって、プレイグニションによる筒内圧の異常上昇を確実に回避することができる。

第２の発明によれば、プレイグニションによる筒内圧の異常上昇をより確実に回避することができる。

第３の発明によれば、クランク角θAまでの期間にプレイグニションの発生が検出されなかったサイクルでは、噴射される燃料の量を節減することができる。これにより、プレイグニションを抑制するために噴射される燃料の量を全体として節減でき、低燃費化が図れる。また、プレイグニションを抑制するための燃料噴射による空燃比のズレを抑制することができ、低エミッション化が図れる。

第４の発明によれば、クランク角θAまでの期間にプレイグニションの発生が検出されなかったサイクルでは、プレイグニションを抑制するための燃料噴射をしないで済む。このため、更なる低燃費化および低エミッション化が図れる。

第５の発明によれば、燃え始めが比較的遅いプレイグニションの火炎をより確実に消火または減衰させることができる。このため、筒内圧の異常上昇をより確実に回避することができる。

第６の発明によれば、プレイグニションが発生する可能性のある運転状態でない場合にはプレイグニションを抑制するための燃料噴射を行わないので、低燃費化が図れるとともに、空燃比のズレが生じないので低エミッション化が図れる。

第７の発明によれば、プレイグニションの燃焼を抑制するための燃料噴射を、プレイグニションの燃え始めに確実に間に合わせることができる。

第８の発明によれば、プレイグニションの燃焼を抑制するための燃料噴射を、プレイグニションの燃え始めに確実に間に合わせることができる。

第９の発明によれば、プレイグニションの発生を早い段階で精度良く検出することができる。その結果、筒内圧の異常上昇防止と、低燃費化および低エミッション化とをより高いレベルで両立することができる。

第１０の発明によれば、プレイグニションの発生を早い段階で精度良く検出することができる。その結果、筒内圧の異常上昇防止と、低燃費化および低エミッション化とをより高いレベルで両立することができる。

第１１の発明によれば、プレイグニションの発生を早い段階で精度良く検出することができる。その結果、筒内圧の異常上昇防止と、低燃費化および低エミッション化とをより高いレベルで両立することができる。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。 プレイグニションが発生した場合のＰＶ^κの値の変化の例を示す図である。 プレイグニションが発生した場合のd(ＰＶ^κ)/dθの値の変化の例を示す図である。 圧縮行程および膨張行程での筒内圧を示すグラフである。 圧縮行程および膨張行程での筒内圧を示すグラフである。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すように、本発明の実施の形態１のシステムは、火花点火式の内燃機関１０を備えている。内燃機関１０の気筒数および気筒配置は特に限定されない。図１には、一つの気筒のみが代表して描かれている。

内燃機関１０の各気筒には、ピストン１２と、吸気弁１４と、排気弁１６と、点火プラグ１８と、筒内（燃焼室内）に直接に燃料を噴射するインジェクタ２０とが設けられている。また、各気筒には、吸気通路２２と排気通路２４とが接続されている。

内燃機関１０は、過給機としてのターボチャージャ２６を有している。ターボチャージャ２６は、コンプレッサ２６ａとタービン２６ｂとを有している。コンプレッサ２６ａは、吸気通路２２の途中に配置されており、タービン２６ｂは、排気通路２４の途中に配置されている。

コンプレッサ２６ａより上流側の吸気通路２２には、エアクリーナ２８と、吸入空気量を検出するエアフローメータ３０とが設置されている。コンプレッサ２６ａより下流側の吸気通路２２には、インタークーラ３２と、スロットル弁３４とが設けられている。

タービン２６ｂの近傍には、タービン２６ｂの上流側の排気通路２４と下流側の排気通路２４とを連通するバイパス通路３８と、このバイパス通路３８を開閉することのできるバイパス弁４０（ウェイストゲート弁）とが設置されている。バイパス弁４０が開くと、排気ガスの一部は、タービン２６ｂを通らずにバイパス通路３８を通って流れる。タービン２６ｂより下流側の排気通路２４には、排気ガスを浄化する触媒コンバータ４２が設置されている。触媒コンバータ４２は、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比の近傍にあるとき、高い浄化率が得られる。

本実施形態のシステムは、内燃機関１０のクランク軸の回転角度を検出するクランク角センサ４４と、筒内圧を検出する筒内圧センサ４６と、内燃機関１０の運転状態を制御するＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０とを更に備えている。ＥＣＵ５０には、上述した各種のセンサおよびアクチュエータが電気的に接続されている。

ＥＣＵ５０は、各センサにより検出した情報に基いて各アクチュエータを駆動することにより、内燃機関１０の運転を制御する。例えば、クランク角センサ４４により検出される機関回転速度とエアフローメータ３０により検出される吸入空気量とに基いて燃料噴射量を算出し、クランク角に基いて燃料噴射時期、点火時期等を決定した後に、インジェクタ２０および点火プラグ１８を駆動する。本実施形態の内燃機関１０では、インジェクタ２０からの主たる燃料噴射（通常の燃料噴射）は、吸気行程で行われる。あるいは、吸気行程から圧縮行程前半に渡って行われてもよい。この燃料噴射によって筒内に混合気が形成され、この混合気が点火プラグ１８により点火され、燃焼する。

プレイグニションとは、正常な着火タイミングよりも前に筒内の混合気が着火することを言い、本実施形態の内燃機関１０の場合には点火プラグ１８による点火よりも前に筒内の混合気が着火することを言う。プレイグニションが発生する原理の全容は必ずしも明らかではないが、例えば、燃焼室の壁に堆積したデポジット（カーボン）が剥離し、その剥離片が火種となってプレイグニションが発生する場合があると考えられる。プレイグニションは、すべての運転領域で発生する訳ではなく、特定の運転領域で発生し易い傾向がある。過給機を備えた本実施形態の内燃機関１０の場合には、機関回転速度が低く、且つ機関負荷の高い領域（以下、「低回転高負荷域」と称する）において、プレイグニションが発生する可能性がある。

プレイグニションによって燃焼が開始し、本来よりも早期に混合気が燃焼してしまうと、筒内圧が異常に上昇するので、内燃機関１０がダメージを受けるおそれがある。また、プレイグニションによってノッキングが誘発され、騒音を生ずるという問題もある。

本実施形態のＥＣＵ５０は、筒内圧センサ４６で検出される筒内圧に基づいて、プレイグニションの発生をリアルタイムで検出可能な操作（以下、「プレイグニション検出操作」と称する）を実行することができる。以下、本実施形態でのプレイグニション検出操作について説明する。ＥＣＵ５０は、筒内圧センサ４６で検出される筒内圧をＰ、筒内容積をＶ、筒内ガスの比熱比をκとしたとき、発熱量指標値としてのＰＶ^κを演算することができる。なお、筒内容積Ｖの値は、クランク角θの関数であり、ＥＣＵ５０に予め記憶されている。比熱比κの値もＥＣＵ５０に予め記憶されている。ＰＶ^κの値は、筒内で発生した熱量と相関する。プレイグニションによって混合気が着火すると、筒内で熱が発生するので、ＰＶ^κの値が上昇する。

ＥＣＵ５０は、圧縮上死点（ＴＤＣ）より前の所定のクランク角から、点火時期より前の所定のクランク角θAまでの期間、ＰＶ^κの値を単位クランク角毎または単位時間毎に繰り返し演算する。そして、算出されたＰＶ^κの値が所定の閾値を超えた場合には、プレイグニションが発生したと判定する。図２は、プレイグニションが発生した場合のＰＶ^κの値の変化の例を示す図である。図２に示す例では、丸で囲った位置で、プレイグニションが発生したと判定される。

ところで、プレイグニションを検出する方法としては、筒内圧センサ４６で検出される筒内圧Ｐ自体の値を、物理モデル等から予測されるモデル筒内圧と比較することによって、プレイグニションの発生を判定する方法も考えられる。しかしながら、圧縮行程では、プレイグニションが発生していなくても圧縮によって筒内圧が上昇していくので、筒内圧センサ４６で検出される筒内圧Ｐがプレイグニションの影響を受けているかどうかを見分けることは難しい。このため、この方法では、プレイグニションの発生を早い段階（燃え始めの時点）で検出することは困難であり、プレイグニションの燃焼が広まってからでなければ精度良く検出できない。

これに対し、上述したＰＶ^κのような発熱量指標値は、プレイグニションが発生する前はほぼ一定に維持され、プレイグニションが発生した瞬間から急上昇する。それゆえ、本実施形態では、このような発熱量指標値に基づいてプレイグニション検出操作を行うことにより、プレイグニションの発生を早い段階（燃え始めの時点）で精度良く検出することができる。

また、本実施形態のプレイグニション検出操作では、発熱量指標値として、ＰＶ^κに代えて、ＰＶ^κをクランク角θで微分した値であるd(ＰＶ^κ)/dθを用いてもよい。ＥＣＵ５０は、ＰＶ^κの変化量をクランク角θの変化量で除することにより、d(ＰＶ^κ)/dθを算出することができる。この場合、ＥＣＵ５０は、クランク角θAまでの期間、d(ＰＶ^κ)/dθの値を単位クランク角毎または単位時間毎に繰り返し演算する。そして、算出されたd(ＰＶ^κ)/dθの値が所定の閾値を超えた場合には、プレイグニションが発生したと判定する。図３は、プレイグニションが発生した場合のd(ＰＶ^κ)/dθの値の変化の例を示す図である。図３に示す例では、丸で囲った位置で、プレイグニションが発生したと判定される。

d(ＰＶ^κ)/dθを用いた場合には、ＰＶ^κを用いた場合と比べて、以下のような追加の利点がある。プレイグニションが発生したときには、ＰＶ^κが上昇し始めるよりも早くにd(ＰＶ^κ)/dθが上昇し始める傾向がある。このため、プレイグニションの発生をより早い段階で精度良く判定することができる。更に、筒内圧センサ４６の出力のオフセットドリフトの影響を受けないという利点もある。筒内圧センサ４６は、内蔵されている回路の温度特性の影響により、その出力がオフセットする場合があることが知られている。図２および図３では、筒内圧センサ４６の出力が正常な場合のグラフを（１）として示し、出力がオフセットした場合のグラフを（２）として示している。図２に示すように、筒内圧センサ４６の出力がオフセットした場合には、ＰＶ^κの値にもズレが生ずる。このため、ＰＶ^κを用いた場合、筒内圧センサ４６の出力がオフセットした場合の誤検出を防止するため、プレイグニションを判定する閾値を大きめに設定する必要がある。これに対し、図３に示すように、筒内圧センサ４６の出力がオフセットした場合であっても、d(ＰＶ^κ)/dθの値にはズレが生じにくい。このため、d(ＰＶ^κ)/dθを用いた場合には、筒内圧センサ４６の出力がオフセットした場合の誤検出の心配がないので、プレイグニションを判定する閾値を小さめに設定することができる。このことからも、プレイグニションの発生をより早い段階で判定することが可能となる。

図４は、内燃機関１０の圧縮行程および膨張行程での筒内圧を示すグラフである。図４中、Ａ，Ｂ，Ｃは、それぞれ、プレイグニションが発生して燃焼が行われた場合の筒内圧の例（態様）を示す。一方、破線は、正常燃焼の場合、すなわち点火プラグ１８での点火によって燃焼が始まった場合の筒内圧を示す。図４に示す例において、点火時期は圧縮上死点より後である。このため、正常燃焼の場合、圧縮上死点を過ぎて筒内圧が低下に転じた後、燃焼が開始して筒内圧が上昇する。

図４中のＡ〜Ｃに示すように、プレイグニションによって燃焼が開始し、本来よりも早期に混合気が燃焼してしまうと、正常燃焼の場合と比べ、筒内圧が異常に高く上昇する。プレイグニションの原因には、前述したデポジットの剥離のような偶発的な事象が含まれる。このため、プレイグニションが発生するタイミングには、ある程度のバラツキがある。図４中のＡは燃え始めが最も早い態様を示し、ＢはＡより燃え始めが遅い態様を示し、ＣはＢより更に燃え始めが遅い態様を示している。

プレイグニションによって着火した混合気がそのまま燃焼した場合には、図４中のＡ〜Ｃのように、筒内圧が内燃機関１０の設計保証筒内圧を超えて上昇する場合がある。この場合、内燃機関１０がダメージを受けるおそれがある。内燃機関１０のダメージを確実に防止するためには、筒内圧が設計保証筒内圧を超えることは１サイクルであってもできる限り回避することが望まれる。したがって、プレイグニションの発生をリアルタイムに検出した場合、その検出したサイクルと同じサイクルにおいて、筒内圧の異常上昇を回避できるようにすることが理想である。換言すれば、その検出したプレイグニション自体による筒内圧の異常上昇を回避できるようにすることが理想である。この理想を実現するためには、プレイグニションを検出した場合、筒内圧が急上昇する前にプレイグニションの燃焼を抑制することが必要である。すなわち、プレイグニションによる火炎を消火あるいは減衰させ、燃え広がりを防止することができれば、筒内圧の異常上昇を回避することができる。プレイグニションの火炎を消火あるいは減衰させるには、プレイグニションの発生時にインジェクタ２０から燃料を噴射することが有効である。プレイグニションの発生時にインジェクタ２０から燃料を噴射することにより、プレイグニションの火炎の周囲が、燃料が濃過ぎて燃焼できない状態となるので、火炎を消火あるいは減衰させることができる。このようにしてプレイグニションの燃焼を抑制するための燃料噴射を以下「プレイグニション抑制噴射」と称する。

しかしながら、プレイグニションが検出されたことを契機としてＥＣＵ５０からインジェクタ２０への噴射指示を出したのでは手遅れである。なぜなら、ＥＣＵ５０が噴射信号をオンし、インジェクタ２０に通電されてプランジャが動いて開弁し、燃料が実際に噴射されるまでには、遅れがあるからである。この開弁遅れ時間の間に、プレイグニションの火炎は、もはや消火できないほどに広がってしまうので、その後に燃料が噴射されても、筒内圧の異常上昇を回避することはできない。

このことに鑑み、本システムのＥＣＵ５０は、プレイグニションが発生し得る最も早いクランク角よりも前のタイミングで、プレイグニション抑制噴射の噴射指示を出すこととした。ＥＣＵ５０がインジェクタ２０に対して噴射指示を出す所定のクランク角θBは、プレイグニション検出操作を終了するクランク角θAより前のクランク角に設定される。このクランク角θBは、図４に示すように、燃え始めが最も早い態様のプレイグニションＡの燃え始めの時点から、インジェクタ２０の開弁遅れ時間だけ遡った時点の付近となるように設定されることが望ましい。このようにクランク角θBを設定することにより、燃え始めが最も早い態様のプレイグニションＡの燃え始めの時点に間に合うようにプレイグニション抑制噴射の実際の噴射を開始することができるので、プレイグニションの火炎を初期の時点で確実に消火または減衰させることができる。これにより、図４中のＡ〜Ｃのような筒内圧の異常上昇を防止することができ、筒内圧が設計保証筒内圧を超えることを確実に防止することができる。

前述したように、ＥＣＵ５０は、クランク角θAまでの期間、プレイグニション検出操作を実行する。クランク角θAは、点火時期より前のクランク角、あるいは正常燃焼による筒内圧の上昇が開始するクランク角より前のクランク角となるように設定される。クランク角θAまでの期間にプレイグニションの発生が検出された場合には、プレイグニション抑制噴射の燃料噴射が、所定時間、またはクランク角θAより後の所定のクランク角θCまで、継続して行われる。このように、プレイグニションが発生した場合、プレイグニション抑制噴射の燃料噴射を継続することにより、プレイグニションの火炎を確実に消火または減衰させ、もって筒内圧の異常上昇を確実に防止することができる。

一方、ＥＣＵ５０は、クランク角θAまでの期間にプレイグニションの発生が検出されなかった場合には、クランク角θAの時点でインジェクタ２０への通電を中止する。この通電中止により、プレイグニション抑制噴射は、実際の噴射が既に開始している場合には途中で終了されることとなり、実際の噴射がまだ開始していない場合には未然に中止されることとなる。

図４に示すように、クランク角θAは、消火されなかった場合に筒内圧が設計保証筒内圧を超えることになるようなプレイグニションのうちで燃え始めが最も遅い態様Ｃのようなプレイグニションが検出され得る時点の近くに設定されることが望ましい。図４から分かるとおり、プレイグニションは、燃え始めの時点が遅いものほど、最大筒内圧が低くなる傾向がある。このため、クランク角θAを過ぎた後に検出されるようなプレイグニションは、消火しなくても、筒内圧が設計保証筒内圧を超えるおそれはないとみなすことができる。したがって、クランク角θAまでの期間にプレイグニションの発生が検出されなかった場合には、プレイグニション抑制噴射が途中で終了されても、あるいはプレイグニション抑制噴射が未然に中止されても、筒内圧が設計保証筒内圧を超えることはなく、問題はない。

図４に示す例では、クランク角θAの時点は、プレイグニション抑制噴射の燃料噴射が実際に開始する時点、すなわちインジェクタ２０が開弁する時点より後になっている。このような場合には、プレイグニションが発生すると否とにかかわらず、プレイグニション抑制噴射の実際の噴射が開始する。そして、クランク角θAまでの期間にプレイグニションの発生が検出されなかった場合には、その実際の噴射が途中で終了されることになる。この場合、プレイグニション抑制噴射が予定終了時点であるクランク角θCまで実行された場合と比べて、図４中のαの期間（クランク角θAからクランク角θCまで）に噴射される燃料の分だけ、燃料を節約することができる。

このように、本実施形態では、クランク角θAまでの期間にプレイグニションの発生が検出されたサイクルに限り、プレイグニション抑制噴射を、クランク角θCの時点まで予定通り継続して実行する。一方、クランク角θAまでの期間にプレイグニションの発生が検出されなかったサイクルでは、プレイグニション抑制噴射を、予定終了時点であるクランク角θCより前のクランク角θAの時点で終了する。これにより、クランク角θAまでの期間にプレイグニションの発生が検出されなかったサイクルでは、プレイグニション抑制噴射の燃料量を予定より少なくすることができる。このようなことから、本実施形態によれば、毎サイクル同じ量のプレイグニション抑制噴射を行う場合と比べ、低燃費化が図れる。また、プレイグニション抑制噴射による空燃比のズレを抑制することができるので、低エミッション化が図れる。

本発明では、図４に示す例に限らず、クランク角θBからクランク角θAまでの時間がインジェクタ２０の開弁遅れ時間以下となるように設定してもよい。図５は、クランク角θBからクランク角θAまでの時間がインジェクタ２０の開弁遅れ時間に等しい場合の例を示している。図５に示すように、クランク角θBからクランク角θAまでの時間がインジェクタ２０の開弁遅れ時間以下となるように設定した場合には、クランク角θAの時点で実際の噴射がまだ開始していない。したがって、クランク角θAまでの期間にプレイグニションの発生が検出されなかったサイクルでは、クランク角θAでインジェクタ２０への通電が中止されることにより、実際の噴射を未然に中止することができる。すなわち、クランク角θAまでの期間にプレイグニションの発生が検出されなかったサイクルでは、プレイグニション抑制噴射の燃料を噴射しないで済む。このため、更なる低燃費化および低エミッション化が図れる。

図６は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。本ルーチンは、内燃機関１０のサイクル毎に実行される。図６に示すルーチンによれば、まず、内燃機関１０の運転状態が、プレイグニションが発生する可能性のある状態であるか否かが判定される（ステップ１００）。ＥＣＵ５０には、プレイグニションが発生する可能性のある所定の低回転高負荷域のマップが記憶されている。このステップ１００では、現在の機関回転速度および機関負荷が上記低回転高負荷域内にある場合にはプレイグニションが発生する可能性のある運転状態であると判定される。そうでない場合には、プレイグニションが発生する可能性のある運転状態ではないと判定される。

上記ステップ１００で、プレイグニションが発生する可能性のある運転状態ではないと判定された場合には、本ルーチンの処理がそのまま終了される。この場合、プレイグニション抑制噴射は行われない。このように、本実施形態では、プレイグニションが発生する可能性のある運転状態でない場合にはプレイグニション抑制噴射を行わないので、低燃費化が図れる。また、プレイグニション抑制噴射による空燃比のズレが生じないので、低エミッション化が図れる。

一方、上記ステップ１００で、プレイグニションが発生する可能性のある運転状態であると判定された場合には、圧縮行程の範囲にある所定のクランク角θBにて、インジェクタ２０に対し噴射指示が出される。これにより、クランク角θBから、インジェクタ２０への通電が開始される。

続いて、クランク角θAまでの期間、前述したプレイグニション検出操作が実行される（ステップ１０４）。このプレイグニション検出操作で、クランク角θAまでの期間にプレイグニションの発生が検出された場合には、所定時間、または所定のクランク角θCまで、燃料噴射が継続して行われる（ステップ１０６）。これに対し、クランク角θAまでの期間にプレイグニションの発生が検出されなかった場合には、インジェクタ２０への通電がその時点で禁止される（ステップ１０８）。すなわち、この場合には、クランク角θAの時点でインジェクタ２０への通電が中止される。

本実施形態のプレイグニション検出操作では、前述したように、ＰＶ^κまたはd(ＰＶ^κ)/dθのような発熱量指標値に基づいてプレイグニションを検出することにより、プレイグニションの発生を早い段階（燃え始めの時点）で精度良く検出することができる。これにより、次のような利点がある。図４に示すように、設計保証筒内圧を超えるような筒内圧異常上昇を確実に防止するためには、態様Ａや態様Ｂのようなプレイグニションだけではなく、態様Ｃのように燃え始めが比較的遅いプレイグニションの場合にもプレイグニション抑制噴射を予定通り実行することが必要である。そのためには、クランク角θAをある程度遅いクランク角に設定することが必要となる。クランク角θAが早過ぎるクランク角であると、態様Ｃのようなプレイグニションが検出される前にインジェクタ２０への通電が中止されてプレイグニション抑制噴射が中止されてしまい、その結果、態様Ｃのようなプレイグニションによる筒内圧異常上昇を回避できない場合があるからである。しかしながら、クランク角θAの設定値が遅いほど、クランク角θAからクランク角θCまでの期間は短くなる。プレイグニション抑制噴射を中止した場合に得られる燃料削減効果は、クランク角θAからクランク角θCまでの期間の長さ（図４中のα）に比例する。したがって、クランク角θAの設定値が遅いほど、プレイグニション抑制噴射で消費される燃料の量が多くなる傾向となるので、低燃費化および低エミッション化の効果が減少する。すなわち、低燃費化および低エミッション化の効果を大きくする観点からは、クランク角θAをできるだけ早いクランク角に設定したい。しかるに、プレイグニションを早い段階で検出できない方法の場合には、態様Ｃのようなプレイグニションを検出できるタイミングが遅いので、それに合わせてクランク角θAの設定値を遅くせざるを得ない。これに対し、本実施形態のプレイグニション検出操作によれば、プレイグニションの発生を早い段階で精度良く検出することができるので、態様Ｃのようなプレイグニションをなるべく早いクランク角で検出することができる。よって、クランク角θAをできるだけ早いクランク角に設定することができる。このため、設計保証筒内圧を超える筒内圧異常上昇を確実に回避することと、低燃費化および低エミッション化を図ることとをより高いレベルで両立することができる。

ただし、本発明におけるプレイグニション検出操作は、発熱量指標値に基づいてプレイグニションを検出するものに限定されず、筒内圧センサ４６で検出される筒内圧Ｐ自体の値に基づいてプレイグニションを検出するものや、点火プラグの電極間に流れるイオン電流を検出することによってプレイグニションを検出するものなどであってもよい。

なお、以上説明した実施の形態では、火花点火内燃機関に本発明を適用した場合について説明したが、本発明は、火花点火内燃機関以外の内燃機関、例えば予混合圧縮着火内燃機関や、予混合圧縮着火と火花点火とを併用する内燃機関などにも適用可能である。

上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１０４の処理を実行することにより前記第１の発明における「プレイグニション検出手段」が、上記ステップ１０２の処理を実行することにより前記第１の発明における「噴射指示手段」が、上記ステップ１０６の処理を実行することにより前記第２の発明における「噴射制御手段」が、上記ステップ１０８の処理を実行することにより前記第３の発明における「通電中止手段」が、上記ステップ１００の処理を実行することにより前記第６の発明における「可能性判定手段」が、それぞれ実現されている。

１０ 内燃機関
１２ ピストン
１４ 吸気弁
１６ 排気弁
１８ 点火プラグ
２０ インジェクタ
２２ 吸気通路
２４ 排気通路
２６ ターボチャージャ
３４ スロットル弁
４６ 筒内圧センサ
５０ ＥＣＵ

Claims (11)

1. 気筒内に直接に燃料を噴射するインジェクタを備えた内燃機関を制御する装置であって、
   クランク角θＡまでの期間、プレイグニションの検出操作を実行するプレイグニション検出手段と、
   プレイグニションの燃焼を抑制する燃料噴射を主たる燃料噴射より後に行うための噴射指示を、前記クランク角θＡより前のクランク角θＢのときに、前記インジェクタに対して出す噴射指示手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記プレイグニション検出手段が前記クランク角θＡまでの期間にプレイグニションを検出した場合に、前記噴射指示による燃料噴射を、所定時間、または前記クランク角θＡより後のクランク角θＣまで、継続して行う噴射制御手段を備えることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記プレイグニション検出手段が前記クランク角θＡまでの期間にプレイグニションを検出しなかった場合に、前記噴射指示によって開始された前記インジェクタに対する通電を中止する通電中止手段を備えることを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記クランク角θＢから前記クランク角θＡまでの時間が、前記インジェクタの開弁遅れ時間に相当する時間以下であることを特徴とする請求項３記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記クランク角θＡの時点は、前記噴射指示により前記インジェクタが開弁する時点より後であって、前記噴射指示による燃料噴射の終了予定時点より前であることを特徴とする請求項３記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記内燃機関の運転状態が、プレイグニションが発生する可能性がある状態であるか否かを判定する可能性判定手段を備え、
   前記噴射指示手段は、前記可能性判定手段の判定結果が肯定である場合に、前記噴射指示を出すことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記クランク角θＢは、圧縮行程の範囲にあることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記クランク角θＢは、プレイグニションが発生し得る最も早いクランク角より前のクランク角であることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
9. 前記気筒内の圧力を検出する筒内圧センサと、
   前記筒内圧センサで検出される筒内圧に基づいて、発熱量の指標となる指標値を算出する指標値算出手段と、
   を備え、
   前記プレイグニション検出手段は、前記指標値算出手段により算出される指標値に基づいてプレイグニションの発生の有無を判定することを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
10. 前記筒内圧をＰ、前記気筒内の容積をＶ、筒内ガスの比熱比をκとしたとき、前記指標値は、ＰＶ^κで表されることを特徴とする請求項９記載の内燃機関の制御装置。
11. 前記筒内圧をＰ、前記気筒内の容積をＶ、筒内ガスの比熱比をκ、クランク角をθとしたとき、前記指標値は、ｄ（ＰＶ^κ）／ｄθで表されることを特徴とする請求項９記載の内燃機関の制御装置。

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