JP5660215B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に関する。

従来、例えば特許文献１には、内燃機関の燃焼制御装置が開示されている。この従来の燃焼制御装置は、筒内圧を検出する筒内圧センサの出力に基づいて異常燃焼（プレイグニッション）を検出するようにしている。そして、プレイグニッションが検出された場合には、プレイグニッションの抑制のために、点火時期の遅角化もしくは空燃比のリッチ化を行うようにしている。
尚、出願人は、本発明に関連するものとして、上記の文献を含めて、以下に記載する文献を認識している。

日本特開平３−５７８７８号公報 日本特開２００９−１１５０４１号公報 日本特開２００３−１７６７５１号公報

異常燃焼（プレイグニッション）が複数のサイクルに渡って連続的もしくはほぼ連続的に発生すると、ピストンの温度が上昇する。その結果としてピストンの温度が過上昇すると、ピストンの強度を保証し続けることが難しくなる。一方、異常燃焼の発生時には、上述した特許文献１に記載の技術のように異常燃焼を抑制するための制御（点火時期の遅角化、空燃比のリッチ化、またはフューエルカットなど）を行うことで、ピストンの温度上昇を防止することができる。しかしながら、そのような異常燃焼抑制制御が行われると、内燃機関の各種性能（出力、排気ガスのエミッション抑制、燃費、またはドライバビリティの確保など）の悪化を招くことが懸念される。

異常燃焼発生時の筒内圧力値と異常燃焼の発生頻度とは相反する関係にある。そして、異常燃焼発生時の最大筒内圧力値が低い場合には、それが高い場合と比べ、異常燃焼が高い頻度で発生しても、ピストン温度が上昇しにくいといえる。従って、異常燃焼発生時の最大筒内圧力値の高低に応じて異常燃焼抑制制御の実行を調整すれば、ピストン温度の上昇を防止しつつ、異常燃焼の抑制とトレードオフの関係にある上記の内燃機関の各種性能の悪化を抑制できる余地がある。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、異常燃焼が複数のサイクルに渡って連続的もしくはほぼ連続的に発生するような場合であっても、ピストン温度の過上昇防止と、異常燃焼抑制制御の実施に伴う内燃機関の各種性能の悪化防止とを好適に両立させ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、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の筒内圧力を取得する筒内圧力取得手段と、
前記筒内圧力取得手段により取得される筒内圧力に基づいて、異常燃焼の有無を検出する異常燃焼検出手段と、
連続的もしくはほぼ連続的な異常燃焼が検出される場合において、異常燃焼発生時の最大筒内圧力値が低い場合には、異常発生時の最大筒内圧力値が高い場合と比べ、異常燃焼を抑制させる異常燃焼抑制制御が実行されるまでに許容される異常燃焼許容回数を多くする異常燃焼抑制制御調整手段と、
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、
前記異常燃焼抑制制御調整手段は、異常燃焼発生時の最大筒内圧力値が高いほど高くなるように設定されたピストンの温度上昇率と異常燃焼の発生回数との積に基づいて、異常燃焼の発生に起因するピストン温度上昇量を推定するピストン温度上昇量推定手段を含み、
前記異常燃焼抑制制御調整手段は、連続的もしくはほぼ連続的な異常燃焼が検出される場合に、前記ピストン温度上昇量推定手段により推定されるピストン温度上昇量に基づいて算出されるピストン温度が所定の許容温度未満となるように、前記異常燃焼抑制制御の実行を調整することを特徴とする。

また、第３の発明は、第１の発明において、
前記異常燃焼抑制制御調整手段は、連続的もしくはほぼ連続的な異常燃焼が検出される場合の異常燃焼の発生回数が前記異常燃焼許容回数に達した場合に、前記異常燃焼抑制制御が実行されるようにする手段であり、
前記異常燃焼許容回数は、異常燃焼発生時の最大筒内圧力値に応じて異なるものとされており、
異常燃焼発生時の最大筒内圧力値が低い場合に用いられる前記異常燃焼許容回数は、異常燃焼時の最大筒内圧力値が高い場合に用いられる前記異常燃焼許容回数と比べて多いことを特徴とする。

また、第４の発明は、第３の発明において、
前記内燃機関の運転中に少なくとも２点の最大筒内圧力値に対して最大筒内圧力値毎に異常燃焼の発生頻度が取得される場合において、ある最大筒内圧力値での異常燃焼の発生頻度が第１所定値以上である場合に、当該最大筒内圧力値に対する前記異常燃焼許容回数を増加させ、他の少なくとも１点の最大筒内圧力値に対する前記異常燃焼許容回数を減少させる第１異常燃焼許容回数変更手段を更に備えることを特徴とする。

また、第５の発明は、第３または第４の発明において、
前記内燃機関の運転中に少なくとも２点の最大筒内圧力値に対して最大筒内圧力値毎に異常燃焼の発生頻度が取得される場合において、ある最大筒内圧力値での異常燃焼の発生頻度が第２所定値未満である場合に、当該最大筒内圧力値に対する前記異常燃焼許容回数を減少させ、他の少なくとも１点の最大筒内圧力値に対する前記異常燃焼許容回数を増加させる第２異常燃焼許容回数変更手段を更に備えることを特徴とする。

第１の発明によれば、異常燃焼発生時の最大筒内圧力値が高い場合（当該最大筒内圧力値が低い場合と比べて相対的にピストン温度が上昇し易い場合）に、当該最大筒内圧力値が低い場合と比べ、異常燃焼抑制制御が実行され易くなる。これにより、当該最大筒内圧力値が高い状況下での異常燃焼の発生時にピストン温度の過上昇を良好に防止することができる。その一方で、異常燃焼発生時の最大筒内圧力値が低い場合（当該最大筒内圧力値が高い場合と比べて相対的に異常燃焼の発生頻度が高くなる状況である場合）に、当該最大筒内圧力値が高い場合と比べ、異常燃焼抑制制御が実行されにくくなる。これにより、当該最大筒内圧力値が低い状況下において、頻繁な異常燃焼抑制制御の実施に伴う内燃機関の各種性能（排気エミッション性能など）の悪化防止を図ることができる。このように、本発明によれば、異常燃焼が複数のサイクルに渡って連続的もしくはほぼ連続的に発生するような場合であっても、ピストン温度の過上昇防止と、異常燃焼抑制制御の実施に伴う内燃機関の各種性能の悪化防止とを好適に両立させることが可能となる。

第２の発明によれば、異常燃焼発生時の最大筒内圧力値が低い状況下で異常燃焼が連続的もしくはほぼ連続的に発生した場合には、異常燃焼発生時の最大筒内圧力値が高い状況下で異常燃焼が連続的もしくはほぼ連続的に発生した場合と比べ、温度上昇量が低い値として推定されることになる。このため、異常燃焼発生時の最大筒内圧力値が低い場合の方が、それが高い場合と比べ、異常燃焼抑制制御が実行されるまでに許容される異常燃焼の発生回数が多くなる。つまり、本発明によれば、連続的もしくはほぼ連続的な異常燃焼が検出される場合において、異常燃焼発生時の最大筒内圧力値が低い場合には、それが高い場合と比べ、異常燃焼抑制制御を実行されにくくすることができる。そして、本発明によれば、連続的もしくはほぼ連続的な異常燃焼が検出される場合の個々の最大筒内圧力値の高低によらず、精度の良いピストン温度の管理が可能となる。

第３の発明によれば、連続的もしくはほぼ連続的な異常燃焼が発生した場合に、何れかの異常燃焼発生時の最大筒内圧力値の下での異常燃焼の発生回数が異常燃焼発生時の最大筒内圧力値毎に設定された異常燃焼許容回数に達した場合にのみ、異常燃焼抑制制御が実行されるようになる。そして、本発明では、異常燃焼発生時の最大筒内圧力値が低い場合に用いられる異常燃焼許容回数は、異常燃焼時の最大筒内圧力値が高い場合に用いられる異常燃焼許容回数と比べて多くされている。このため、本発明によっても、連続的もしくはほぼ連続的な異常燃焼が検出される場合において、異常燃焼発生時の最大筒内圧力値が低い場合には、それが高い場合と比べ、異常燃焼抑制制御を実行されにくくすることができる。

第４の発明によれば、ある最大筒内圧力値での異常燃焼の発生頻度が第１所定値以上である場合に、当該最大筒内圧力値に対する異常燃焼許容回数を増加させ、他の少なくとも１点の最大筒内圧力値に対する異常燃焼許容回数を減少させる処理が実行される。これにより、内燃機関の運転中に特定の最大筒内圧力値の下での異常燃焼の発生頻度が増加するような場合であっても、発生頻度が増加した特定の最大筒内圧力値の下での異常燃焼の発生に伴う異常燃焼抑制制御の頻繁な実施を抑制しつつ、連続的もしくはほぼ連続的な異常燃焼の発生に伴ってピストンに累積的に蓄積される疲労が全体としては増えないようにバランスをとることが可能となる。その結果、連続的もしくはほぼ連続的な異常燃焼の発生を想定した場合であっても、ピストン自体の強度アップのためのピストン重量の増加を招くことなく、ピストン強度を良好に確保できるようになる。

第５の発明によれば、ある最大筒内圧力値での異常燃焼の発生頻度が第２所定値未満である場合に、当該最大筒内圧力値に対する異常燃焼許容回数を減少させ、他の少なくとも１点の最大筒内圧力値に対する異常燃焼許容回数を増加させる処理が実行される。これにより、内燃機関の運転中に特定の最大筒内圧力値の下での異常燃焼の発生頻度が減少するような場合には、他の少なくとも１点の最大筒内圧力値の下での異常燃焼抑制制御の頻繁な実施を更に抑制しつつ、連続的もしくはほぼ連続的な異常燃焼の発生に伴ってピストンに累積的に蓄積される疲労が全体としては増えないようにバランスをとることが可能となる。

本発明の実施の形態１における内燃機関のシステム構成を説明するための図である。 通常（正常）燃焼時とプレイグニッション発生時の筒内圧波形をそれぞれ表したＰθ線図である。 プレイグニッションが発生する運転領域を表した図である。 ピストン設計温度と内燃機関のトルクとの関係を表した図である。 プレイグ連発回数と最大筒内圧Ｐｍａｘとの関係でピストンの温度上昇の傾向を表した図である。 プレイグ発生時の最大筒内圧Ｐｍａｘと温度上昇率ΔＴとプレイグの連発許容回数ｎとの関係を表した図である。 プレイグ発生時の最大筒内圧Ｐｍａｘの変化に対するプレイグ連発許容回数ｎの変化の傾向を表した図である。 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。 プレイグ連発許容回数ｎの学習制御を説明するための図である。 本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。 プレイグ連発許容回数ｎの学習制御を実現するルーチンを示すフローチャートである。

実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１における内燃機関１０のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０の筒内には、ピストン１２が設けられている。筒内におけるピストン１２の頂部側には、燃焼室１４が形成されている。燃焼室１４には、吸気通路１６および排気通路１８が連通している。

吸気通路１６の入口近傍には、吸気通路１６に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ２０が設けられている。エアフローメータ２０よりも下流側の吸気通路１６には、ターボ過給機２２のコンプレッサ２２ａが配置されている。更に、コンプレッサ２２ａよりも下流側の吸気通路１６には、電子制御式のスロットルバルブ２４が設けられている。

内燃機関１０の各気筒には、燃焼室１４内（筒内）に直接燃料を噴射するための燃料噴射弁２６、および、混合気に点火するための点火プラグ２８がそれぞれ設けられている。更に、排気通路１８には、ターボ過給機２２のタービン２２ｂが配置されている。タービン２２ｂよりも下流側の排気通路１８には、排気ガスを浄化するための触媒３０が配置されている。

また、図１に示すシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)３２を備えている。ＥＣＵ３２の入力部には、上述したエアフローメータ２０に加え、筒内圧力Ｐを検出するための筒内圧センサ３４、および、エンジン回転数を検出するためのクランク角センサ３６等の内燃機関１０の運転状態を検出するための各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ３２の出力部には、上述したスロットルバルブ２４、燃料噴射弁２６および点火プラグ２８等の内燃機関１０の運転を制御するための各種のアクチュエータが接続されている。ＥＣＵ３２は、それらのセンサ出力に基づいて、所定のプログラムに従って上記各種のアクチュエータを駆動することにより、内燃機関１０の運転状態を制御するものである。

［プレイグニッションの発生を考慮したピストン強度の保証］
図２は、通常（正常）燃焼時とプレイグニッション発生時の筒内圧波形をそれぞれ表したＰθ線図である。
図２は、圧縮行程から膨張行程にかけての筒内圧力Ｐの変化を表した図である。図２に示すように、異常燃焼としてプレイグニッション（以下、単に「プレイグ」と略する）が発生した場合には、通常燃焼時よりも早いタイミングで筒内圧力Ｐが急激に高くなる。その結果、プレイグ発生時には、１サイクル中の最大筒内圧力値（以下、基本的に「最大筒内圧Ｐｍａｘ」と称する）が通常燃焼時よりも高い値を示すようになる。尚、ここでは、最大筒内圧Ｐｍａｘとして、プレイグ発生時における筒内圧力Ｐの変動の中心値の軌跡の最大値を用いている。

図３は、プレイグニッションが発生する運転領域を表した図である。また、図４は、ピストン設計温度と内燃機関１０のトルクとの関係を表した図である。尚、図４中におけるＡ〜Ｃのトルク値は、図３中のエンジン回転数ＮＥ_１におけるトルク値と対応したものである。

図３に示すように、内燃機関１０の低回転高負荷（トルク）領域は、プレイグが発生し易い運転領域（プレイグ発生域）となる。ピストン１２の温度は、負荷（トルク）が高くなるほど高くなる。このため、図４に示すように、ピストン設計温度（より具体的には、ピストン１２の代表部位（例えば、頂部）の設計温度）は、トルクが高くなるほど、高くなるように設定（想定）されている。また、図４に示すように、所定のピストン強度を保証するためのピストン許容温度Ｔｍａｘは、プレイグの発生をも考慮して、ピストン設計温度に対して余裕をもった値として設定されている。

図５は、プレイグ連発回数と最大筒内圧Ｐｍａｘとの関係でピストン１２の温度上昇の傾向を表した図である。
プレイグが発生すると、ピストン１２の温度が上昇する。発生したプレイグが単発であったなら、ピストン１２の温度は上昇しても直ぐに元の値に戻る。しかしながら、プレイグが連続的に発生する場合には、ピストン１２の温度が上昇していくことになる。より具体的には、図５に示すように、プレイグ連発回数が増えるにつれ、ピストン１２の温度が上昇していく。また、プレイグ発生時の最大筒内圧Ｐｍａｘ（以下、単に「プレイグ時Ｐｍａｘ」と略する）が高いほど、ピストン１２の温度上昇率ΔＴが高くなる。尚、ここでいう連続的なプレイグとは、同一気筒において、複数のサイクルに渡って継続的に発生するプレイグのことである。また、プレイグ時Ｐｍａｘとは、プレイグが発生したサイクル中の筒内圧力の最大値のことである。

プレイグ発生域（図３）は高負荷領域である。このため、プレイグ発生域において継続的に運転された場合には、ピストン１２の温度は元々高くなり易い。そのような場合においてプレイグが連発すると（特に、最大筒内圧Ｐｍａｘが高い条件でのプレイグの発生頻度が増加すると）、ピストン１２の温度が所定のピストン許容温度Ｔｍａｘを超えて上昇し、ピストン強度の保証が難しくなるおそれがある。

そこで、プレイグの連発によってピストン１２の温度が急上昇するのを防止するために、プレイグの連発を抑制（解消）するためのプレイグ連発抑制制御（例えば、空燃比のリッチ化、或いは、フューエルカットなど）を実行することが考えられる。しかしながら、プレイグ発生域中の特定の運転条件において連発的なプレイグが頻繁に発生し、プレイグ連発抑制制御として空燃比のリッチ化が頻繁に実行された場合には、排気エミッションの悪化が懸念される。また、プレイグ連発抑制制御としてフューエルカットが頻繁に実行された場合であれば、内燃機関１０のドライバビリティの悪化が懸念される。

その一方で、連発的なプレイグの発生を想定した場合において、上記のようなプレイグ連発抑制制御に頼らずにピストン強度を十分に保証するうえで、ピストン自体の強度を十分（過剰）に高める設計を行うことも考えられる。しかしながら、そのような設計を行うと、ピストンの肉厚が増えることによるピストン重量の増加が問題となる。更には、同一の内燃機関を異なる仕向地や搭載車種で使用することを想定した場合に、仕向地や搭載車種の違いに起因してプレイグ時Ｐｍａｘが高い条件でのプレイグの発生頻度が変化すると、仕向地や搭載車種に応じてピストンを変更する必要が生ずる可能性もある。そうすると、内燃機関の部品の共通化という点において不利となる。

図６は、プレイグ発生時の最大筒内圧Ｐｍａｘと温度上昇率ΔＴとプレイグの連発許容回数ｎとの関係を表した図である。また、図７は、プレイグ発生時の最大筒内圧Ｐｍａｘの変化に対するプレイグ連発許容回数ｎの変化の傾向を表した図である。尚、図６、７における関係は、一例として、エンジン回転数が上記図３に登場する所定値ＮＥ_１であり、トルクが同図に登場する所定値Ａである時のものである。

本実施形態では、図５に示すように、プレイグ時Ｐｍａｘが高いほど、１回のプレイグの発生に伴うピストン１２の温度上昇率ΔＴが高くなるものとしている。そして、図６に示すように、プレイグ時Ｐｍａｘの大きさに応じて、温度上昇率ΔＴとプレイグ連発許容回数ｎとを定めている。具体的には、プレイグ連発許容回数ｎは、ピストン強度の保証を図るうえでの所定のピストン許容温度Ｔｍａｘに到達するまでの温度余裕代に対して、プレイグ時Ｐｍａｘに応じた温度上昇率ΔＴの下で許容されるプレイグの連発回数としての位置づけを有する値である。プレイグ時Ｐｍａｘが高いほど、温度上昇率ΔＴが高いので、同一条件下では、プレイグ時Ｐｍａｘが高いほど、プレイグ連発許容回数ｎが少なくなる。このため、図７に示すように、プレイグ連発許容回数ｎは、プレイグ時Ｐｍａｘが低くなるほど多くなる。

［実施の形態１における具体的処理］
以上より、ピストン自体の強度アップといった特別の対策を必要とせずに、連発的なプレイグの発生を想定した場合のピストン１２の温度管理を好適に行えるようにするうえでは、プレイグの連発に伴ってピストン許容温度Ｔｍａｘを超えないようにピストン温度Ｔの上昇を防止することと、プレイグ連発抑制制御の実施に伴う内燃機関１０の各種性能（上記排気エミッション性能やドライバビリティの確保など）の悪化防止とを好適に両立できていることが望ましい。

そこで、本実施形態では、内燃機関１０の運転中に連続的なプレイグが検出される場合には、上記図５に示すように設定されたピストン１２の温度上昇率ΔＴとプレイグの発生回数との積に基づいて、プレイグの発生に起因するピストン温度上昇量を推定するようにした。そして、上記ピストン温度上昇量を考慮して算出されるピストン温度Ｔがピストン許容温度Ｔｍａｘに達した場合に、プレイグ連発抑制制御が実行されるようにした。

図８は、本発明の実施の形態１の制御を実現するために、ＥＣＵ３２が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。尚、本ルーチンの処理は、内燃機関１０のサイクル毎に、気筒単位で並行して実行されるものとする。
図８に示すルーチンでは、先ず、筒内圧センサ３４を利用して検出される筒内圧力Ｐが通常燃焼時の最大筒内圧Ｐｍａｘ_０よりも高いか否かに基づくプレイグ判定が実行される（ステップ１００）。

その結果、上記ステップ１００において今回のサイクル中にプレイグが発生したと判定された場合には、プレイグ連発回数がカウントされる（ステップ１０２）。次に、今回のサイクルにおけるプレイグが連続的なものであるか否かが判定される（ステップ１０４）。具体的には、プレイグ連発回数が２回以上であるか否かが判定される。

上記ステップ１０４において、連続的なプレイグが発生している状況であると判定された場合には、連続的に発生しているプレイグ中の各プレイグ時Ｐｍａｘがそれぞれ算出される（ステップ１０６）。次いで、ピストン温度Ｔが算出される（ステップ１０８）。具体的には、ＥＣＵ３２は、プレイグ時Ｐｍａｘが高くなるほど高くなるように設定された温度上昇率ΔＴを記憶している。本ステップ１０８では、連続的に発生したプレイグのそれぞれに対し、プレイグ時Ｐｍａｘに対応する温度上昇率ΔＴとプレイグの発生回数との積を算出したうえでそれらの積を合計した値として、今回の連続的なプレイグの発生に起因するピストン温度上昇量が算出される。例えば、３発のプレイグが連続的に発生した状況において、１発目のプレイグ時Ｐｍａｘが６ＭＰａでこれに対応する温度上昇率ΔＴが５℃／回であり、２発目のプレイグ時Ｐｍａｘが４ＭＰａでこれに対応する温度上昇率ΔＴが４℃／回であり、３発目のプレイグ時Ｐｍａｘが再び６ＭＰａであった場合には、ピストン温度上昇量は、５℃／回に２回を掛けた値と４℃／回に１回を掛けた値との和である１４℃として算出される。そして、算出されたピストン温度上昇量を、現在の運転領域（トルクとエンジン回転数とで規定）におけるピストン設計温度（ＥＣＵ３２に予め記憶された値）に加算することによって、ピストン温度Ｔ（の推定値）が算出される。

次に、上記ステップ１０８において算出されたピストン温度Ｔがピストン許容温度Ｔｍａｘ以上であるか否かが判定される（ステップ１１０）。その結果、連続的なプレイグの進行によってピストン温度Ｔがピストン許容温度Ｔｍａｘ以上に達した場合には、プレイグ連発抑制制御（例えば、空燃比のリッチ化）が実行される（ステップ１１２）。

一方、上記ステップ１００にて今回のサイクルにおいてプレイグが発生しなかったと判定された場合には、プレイグ連発回数がリセットされる（ステップ１１４）。次いで、プレイグ連発抑制制御の実行中であるか否かが判定される（ステップ１１６）。その結果、本ステップ１１６の判定が成立する場合、すなわち、プレイグ連発抑制制御の実行中においてプレイグが検出されなくなった場合には、プレイグ連発抑制制御が終了される（ステップ１１８）。

以上説明した図８に示すルーチンによれば、プレイグ時Ｐｍａｘの高低に応じて異なる値に設定されたピストン１２の温度上昇率ΔＴとプレイグの発生回数との積に基づいて、プレイグ連発時のピストン温度Ｔが推定される。そして、推定されたピストン温度Ｔがピストン許容温度Ｔｍａｘを超えないようにプレイグ連発抑制制御が行われるようになる。ここで、プレイグ発生時の筒内圧力Ｐとプレイグの発生頻度とは相反する関係にある。そして、上記図５を参照して既述したように、プレイグ時Ｐｍａｘが低い場合には、それが高い場合と比べ、プレイグが高い頻度で発生しても、ピストンが温度上昇しにくいといえる。

上記ルーチンの手法によれば、プレイグ時Ｐｍａｘが低い状況下でプレイグが連続的に発生した場合には、プレイグ時Ｐｍａｘが高い状況下でプレイグが連続的に発生した場合と比べ、温度上昇量が低い値として推定されることになる。このため、プレイグ連発時のプレイグ時Ｐｍａｘが低い場合の方が、それが高い場合と比べ、プレイグ連発抑制制御が実行されるまでに許容されるプレイグ連発回数が多くなる。つまり、上記手法によれば、連続的なプレイグが検出される場合において、プレイグ時Ｐｍａｘが低い場合には、それが高い場合と比べ、プレイグ連発抑制制御を実行されにくくすることができる。

その結果、プレイグ時Ｐｍａｘが高い状況下では、それが低い状況下と比べ、プレイグ連発抑制制御が早く開始されるようになることで、ピストン温度Ｔの過上昇を防止することができる。そのうえで、プレイグ時Ｐｍａｘの低いプレイグの連発時（すなわち、プレイグ時Ｐｍａｘが高い時よりもプレイグの発生頻度が高くなる状況である時）において、頻繁なプレイグ連発抑制制御の実施に伴う内燃機関１０の各種性能（排気エミッション性能など）の悪化防止を図ることができる。

また、連続的なプレイグが発生している時の各プレイグ時Ｐｍａｘは、同じ値であるとは限らない。上記ルーチンの手法では、連続的に発生するプレイグ中の各プレイグ時Ｐｍａｘに応じた温度上昇率ΔＴと各プレイグの発生回数とを用いて温度上昇量を推定したうえで、推定された温度上昇量に基づくピストン温度Ｔをピストン許容温度Ｔｍａｘと比較している。このため、精度の良いピストン温度Ｔの管理が可能となる。

尚、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ３２が、筒内圧センサ３４を用いて筒内圧力Ｐを取得することにより前記第１の発明における「筒内圧力取得手段」が、上記ステップ１００の処理を実行することにより前記第１の発明における「異常燃焼検出手段」が、上記ステップ１０２〜１１２の一連の処理を実行することにより前記第１の発明における「異常燃焼抑制制御調整手段」が、それぞれ実現されている。また、プレイグ連発抑制制御が前記第１の発明における「異常燃焼抑制制御」に相当している。
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ３２が上記ステップ１０８の処理を実行することにより前記第２の発明における「ピストン温度上昇量推定手段」が実現されている。

実施の形態２．
次に、図９乃至図１１を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ３２に図８に示すルーチンに代えて後述の図１０および図１１に示すルーチンを実行させることにより実現することができるものである。

上述した実施の形態１においては、内燃機関１０の運転中に連続的なプレイグが検出される場合には、ピストン１２の温度上昇率ΔＴとプレイグの発生回数との積に基づくピストン温度上昇量を考慮してピストン温度Ｔを算出している。そして、算出されたピストン温度Ｔがピストン許容温度Ｔｍａｘに達した場合には、プレイグ連発抑制制御が実行されるようにしている。

［実施の形態２における具体的処理］
これに対し、本実施形態では、以下のような手法によって、連続的なプレイグが検出される場合に、プレイグ時Ｐｍａｘの大きさに応じてプレイグ連発抑制制御の実行され易さを変更するようにしている。

具体的には、本実施形態のシステムでは、上記図７に示すようなプレイグ連発許容回数ｎとプレイグ時Ｐｍａｘとの関係を、図３に示すプレイグ発生域内の所定の動作点（トルク（負荷）とエンジン回転数とで規定）毎に備えるようにしている。そして、個々の動作点についてのプレイグ連発許容回数ｎは、プレイグ時Ｐｍａｘが低くなるほど多くなるように設定されている。

そのうえで、本実施形態では、連続的なプレイグが検出される場合には、プレイグの発生回数がプレイグ時Ｐｍａｘに応じたプレイグ連発許容回数ｎに達した場合に、プレイグ連発抑制制御を実行するようにしている。

図９は、プレイグ連発許容回数ｎの学習制御を説明するための図である。
本実施形態では、更に、所定期間（例えば、１ヶ月）におけるプレイグの発生回数（発生頻度）に応じて、プレイグ連発許容回数ｎとプレイグ時Ｐｍａｘとの関係を変更するようにしている。

具体的には、プレイグ時Ｐｍａｘが高い状況下（例えば、プレイグ時ＰｍａｘがＰｍａｘ_３である状況下）におけるプレイグの発生頻度が所定値Ａ以上である場合には、図９（Ａ）に示すように、高Ｐｍａｘ側（Ｐｍａｘ_３側）のプレイグ連発許容回数ｎ（例えば、ｎ_３など）を増やし、低Ｐｍａｘ側（Ｐｍａｘ_１側）のプレイグ連発許容回数ｎ（例えば、ｎ_１）を減らすようにした。逆に、プレイグ時Ｐｍａｘが高い状況下におけるプレイグの発生頻度が所定値Ｂ（＜所定値Ａ）未満である場合には、図９（Ｂ）に示すように、高Ｐｍａｘ側（Ｐｍａｘ_３側）のプレイグ連発許容回数ｎ（例えば、ｎ_３など）を減らし、低Ｐｍａｘ側（Ｐｍａｘ_１側）のプレイグ連発許容回数ｎ（例えば、ｎ_１）を増やすようにした。

図１０は、本発明の実施の形態２における制御を実現するために、ＥＣＵ３２が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。尚、図１０において、実施の形態１における図８に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
図１０に示すルーチンでは、ステップ１００においてプレイグが発生したと判定された場合には、所定の代表的なプレイグ時Ｐｍａｘ（図９中に示すＰｍａｘ_１〜Ｐｍａｘ_３など）毎に、プレイグ連発回数がカウントされる（ステップ２００）。尚、代表的なＰｍａｘ_１〜Ｐｍａｘ_３などに関する中間的な最大筒内圧Ｐｍａｘでのプレイグ発生時には、何れか近い方の代表的なＰｍａｘ_の発生回数をカウントしてもよいし、両側の代表的なＰｍａｘ（例えば、Ｐｍａｘ_１とＰｍａｘ_２）に対して発生回数を所定の割合で配分してもよい。

次に、上記所定のプレイグ時Ｐｍａｘ（例えば、Ｐｍａｘ_１〜Ｐｍａｘ_３など）の何れかについてのプレイグ連発回数が、プレイグ連発許容回数ｎ（例えば、ｎ_１〜ｎ_３など）に達したか否かが判定される（ステップ２０２）。その結果、本判定が成立した場合には、プレイグ連発抑制制御（例えば、空燃比のリッチ化）が実行される（ステップ１１２）。

図１１は、上述したプレイグ連発許容回数ｎの学習制御を実現するために、ＥＣＵ３２が実行するルーチンを示すフローチャートである。
図１１に示すルーチンでは、先ず、所定の高Ｐｍａｘプレイグ（ここでは、一例として、プレイグ時Ｐｍａｘが図９に示すＰｍａｘ_３となる場合のプレイグ）の発生頻度が所定値Ａ以上であるか否かが判定される（ステップ３００）。ＥＣＵ３２は、上記発生頻度を得るために、所定期間（例えば、１ヶ月）における上記高Ｐｍａｘプレイグの発生回数のカウントを常時行っている。本ステップ３００では、このようにして得られた発生頻度が所定値Ａ以上であるか否かが判断される。

上記ステップ３００の判定が成立する場合には、高Ｐｍａｘ側（Ｐｍａｘ_３側）のプレイグ連発許容回数ｎ（例えば、ｎ_３など）が増え、かつ、低Ｐｍａｘ側（Ｐｍａｘ_１側）のプレイグ連発許容回数ｎ（例えば、ｎ_１）が減るように、プレイグ時Ｐｍａｘに対するプレイグ連発許容回数ｎの関係が修正される（ステップ３０２）。例えば、図９（Ａ）に示すケースのように、高Ｐｍａｘ側のＰｍａｘ_３に対応するプレイグ連発許容回数ｎ_３が増やされるとともに、相対的に低Ｐｍａｘ側のＰｍａｘ_１およびＰｍａｘ_２に対応するプレイグ連発許容回数ｎ_１、ｎ_２が減らされる。

一方、上記ステップ３００の判定が不成立である場合には、上記所定の高Ｐｍａｘプレイグの発生頻度が所定値Ｂ（＜所定値Ａ）未満であるか否かが判定される（ステップ３０４）。その結果、本ステップ３０４の判定が不成立である場合、すなわち、上記所定の高Ｐｍａｘプレイグの発生頻度が所定値Ａと所定値Ｂとの間の値である場合には、プレイグ時Ｐｍａｘに対するプレイグ連発許容回数ｎの関係は修正されない。

一方、上記ステップ３０４の判定が成立する場合には、高Ｐｍａｘ側（Ｐｍａｘ_３側）のプレイグ連発許容回数ｎ（例えば、ｎ_３など）が減り、かつ、低Ｐｍａｘ側（Ｐｍａｘ_１側）のプレイグ連発許容回数ｎ（例えば、ｎ_１）が増えるように、プレイグ時Ｐｍａｘに対するプレイグ連発許容回数ｎの関係が修正される（ステップ３０６）。例えば、図９（Ｂ）に示すケースのように、高Ｐｍａｘ側のＰｍａｘ_３に対応するプレイグ連発許容回数ｎ_３が減らされるとともに、相対的に低Ｐｍａｘ側のＰｍａｘ_１およびＰｍａｘ_２に対応するプレイグ連発許容回数ｎ_１、ｎ_２が増やされる。

先に説明した図１０に示すルーチンによれば、連続的なプレイグが発生した場合に、何れかのプレイグ時Ｐｍａｘの下でのプレイグの発生回数が所定のプレイグ時Ｐｍａｘ毎に設定されたプレイグ連発許容回数ｎに達した場合にのみ、プレイグ連発抑制制御が実行されるようになる。既述したように、プレイグ連発許容回数ｎは、プレイグ時Ｐｍａｘが低くなるほど多くなるように設定されている（図７参照）。このため、上記の本ルーチンの手法によっても、連続的なプレイグが検出される場合において、プレイグ時Ｐｍａｘが低い場合には、それが高い場合と比べ、プレイグ連発抑制制御を実行されにくくすることができる。その結果、連続的なプレイグが検出される場合であっても、プレイグ連発時（特にプレイグ時Ｐｍａｘが高い状況下でのプレイグ連発時）のピストン温度Ｔの過上昇防止と、相対的にプレイグの発生頻度が高い状況であるプレイグ時Ｐｍａｘの低いプレイグの連発時における頻繁なプレイグ連発抑制制御の実施に伴う内燃機関１０の各種性能（排気エミッション性能など）の悪化防止とを好適に両立させることができる。

更に、以上説明した図１１に示すルーチンによれば、所定のプレイグ時Ｐｍａｘ毎の上記所定期間中のプレイグの発生頻度に応じて、各プレイグ連発許容回数ｎを変更するというプレイグ連発許容回数ｎの学習制御が行われる。本学習制御は、前提として、いわゆるマイナー則（累積疲労損傷則）の考え方を踏襲して、プレイグ時に発生する燃焼熱によるピストン１２の累積的な疲労程度を考慮したピストンの強度設計が行われる場合において特に好適なものである。

具体的には、上記ルーチンの手法によれば、上記ステップ３００の判定が成立するケースを例に挙げると、所定の高Ｐｍａｘプレイグ（例えば、Ｐｍａｘ_３の下でのプレイグ）の発生頻度が所定値Ａ以上である場合には、高Ｐｍａｘ側（Ｐｍａｘ_３側）のプレイグ連発許容回数ｎ（例えば、ｎ_３など）が増やされ、かつ、低Ｐｍａｘ側（Ｐｍａｘ_１側）のプレイグ連発許容回数ｎ（例えば、ｎ_１）が減らされる。つまり、高Ｐｍａｘ側でのプレイグの連発の制限を緩和しつつ、低Ｐｍａｘ側でのプレイグの連発の制限が厳しくされる。これにより、内燃機関１０の使用状態やユーザーの運転の仕方の相違によって高Ｐｍａｘ側でのプレイグの連発が起き易い場合であっても、高Ｐｍａｘ側でのプレイグの連発に伴うプレイグ連発抑制制御の頻繁な実施を抑制しつつ、プレイグの連発に伴ってピストン１２に累積的に蓄積される疲労が増えないように全体としてはバランスをとることが可能となる。その結果、連続的なプレイグの発生を想定した場合であっても、ピストン自体の強度アップのためのピストン重量の増加を招くことなく、ピストン強度を良好に確保できるようになる。

また、上記のケースとは逆の場合（上記ステップ３０４の判定が成立する場合）には、低Ｐｍａｘ側でのプレイグの連発の制限を緩和しつつ、高Ｐｍａｘ側でのプレイグの連発の制限が厳しくされる。これにより、内燃機関１０の使用状態やユーザーの運転の仕方の相違によって高Ｐｍａｘ側でのプレイグの連発が起きにくい場合では、低Ｐｍａｘ側でのプレイグの連発に伴うプレイグ連発抑制制御の頻繁な実施を更に抑制しつつ、プレイグの連発に伴ってピストン１２に累積的に蓄積される疲労が全体としては増えないようにバランスをとることが可能となる。

ところで、上述した実施の形態２におけるプレイグ連発許容回数ｎの学習制御においては、プレイグ時Ｐｍａｘが高い状況下（例えば、プレイグ時ＰｍａｘがＰｍａｘ_３である状況下）におけるプレイグの発生頻度と所定値Ａ、Ｂとの比較結果に応じて、プレイグ連発許容回数ｎとプレイグ時Ｐｍａｘとの関係を変更するようにしている。しかしながら、本学習制御においてプレイグの発生頻度を判断するための代表的なプレイグ時Ｐｍａｘは、上記のものに限らず、例えば、低Ｐｍａｘ側の値（Ｐｍａｘ_１など）であってもよい。

また、上述した実施の形態２においては、上記図７に示すように、プレイグ連発許容回数ｎとプレイグ時Ｐｍａｘとが一次比例の関係にあるものが用いられるようにしている。しかしながら、本発明における異常燃焼許容回数と異常燃焼発生時の最大筒内圧力値との関係は、上記のものに限定されるものではない。すなわち、異常燃焼発生時の最大筒内圧力値が低い場合に用いられる異常燃焼許容回数が異常燃焼時の最大筒内圧力値が高い場合に用いられる異常燃焼許容回数と比べて多くなっていれば、例えば、最大筒内圧力値の変化に応じて、異常燃焼許容回数が曲線的に変化するものであってもよい。また、異常燃焼許容回数と異常燃焼発生時の最大筒内圧力値の関係の修正手法についても、上述したものに限らない。すなわち、内燃機関の運転中に少なくとも２点の最大筒内圧力値に対して最大筒内圧力値毎に異常燃焼の発生頻度が取得されるようになっている場合において、ある最大筒内圧力値での異常燃焼の発生頻度が所定値以上（もしくは未満）である場合に、当該最大筒内圧力値に対する異常燃焼許容回数を増加（もしくは減少）させ、他の少なくとも１点の最大筒内圧力値に対する異常燃焼許容回数を減少（もしくは増加）させるものであればよい。

尚、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ３２が上記ステップ２００、２０２および１１２の一連の処理を実行することにより前記第１の発明における「異常燃焼抑制制御調整手段」が実現されている。
また、上述した実施の形態２においては、Ｐｍａｘ_３が前記第４または第５の発明における「ある最大筒内圧力値」に、Ｐｍａｘ_１、Ｐｍａｘ_２が前記第４または第５の発明における「他の少なくとも１点の最大筒内圧力値」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ３２が、上記ステップ３００の判定が成立する場合に上記ステップ３０２の処理を実行することにより前記第４の発明における「第１異常燃焼許容回数変更手段」が、上記ステップ３０４の判定が成立する場合に上記ステップ３０６の処理を実行することにより前記第５の発明における「第２異常燃焼許容回数変更手段」が、それぞれ実現されている。

ところで、上述した実施の形態１および２においては、プレイグが連続的に発生するケースを対象とした制御について説明を行った。しかしながら、同一気筒における複数のサイクルで連続してプレイグが発生した場合でなくても、所定時間（所定サイクル）中に所定回数以上の頻度のプレイグが発生した場合（例えば、数回の連続的なプレイグが発生し、次いで、１回の正常燃焼が行われた後に再びプレイグが発生する場合）においても、同様にピストン１２の温度がプレイグの発生に起因して上昇する。従って、本明細書中においては、上記のような頻度のプレイグが検出される場合を、「ほぼ連続的な」異常燃焼が検出される場合と称し、本発明の制御の対象とする。

また、上述した実施の形態１および２においては、筒内圧センサ３４の出力値を利用して筒内圧力Ｐを取得し、この筒内圧力Ｐに基づいてプレイグの有無を検出するとともに、プレイグ時Ｐｍａｘを算出するようにしている。しかしながら、本発明における筒内圧力取得手段は、上記筒内圧センサ３４を用いたものに限定されず、所定のセンサを利用して、筒内圧力の相関値を検出するものや筒内圧力を予測するものであってもよい。すなわち、例えば、燃焼時に内燃機関が発する振動を検出するセンサを利用して筒内圧力の大きさを把握するものであってもよい。

１０ 内燃機関
１２ ピストン
１４ 燃焼室
１６ 吸気通路
１８ 排気通路
２０ エアフローメータ
２２ ターボ過給機
２４ スロットルバルブ
２６ 燃料噴射弁
２８ 点火プラグ
３２ ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
３４ 筒内圧センサ
３６ クランク角センサ

Claims (5)

1. 内燃機関の筒内圧力を取得する筒内圧力取得手段と、
   前記筒内圧力取得手段により取得される筒内圧力に基づいて、異常燃焼の有無を検出する異常燃焼検出手段と、
   連続的もしくはほぼ連続的な異常燃焼が検出される場合において、異常燃焼発生時の最大筒内圧力値が低い場合には、異常発生時の最大筒内圧力値が高い場合と比べ、異常燃焼を抑制させる異常燃焼抑制制御が実行されるまでに許容される異常燃焼許容回数を多くする異常燃焼抑制制御調整手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記異常燃焼抑制制御調整手段は、異常燃焼発生時の最大筒内圧力値が高いほど高くなるように設定されたピストンの温度上昇率と異常燃焼の発生回数との積に基づいて、異常燃焼の発生に起因するピストン温度上昇量を推定するピストン温度上昇量推定手段を含み、
   前記異常燃焼抑制制御調整手段は、連続的もしくはほぼ連続的な異常燃焼が検出される場合に、前記ピストン温度上昇量推定手段により推定されるピストン温度上昇量に基づいて算出されるピストン温度が所定の許容温度未満となるように、前記異常燃焼抑制制御の実行を調整す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. 前記異常燃焼抑制制御調整手段は、連続的もしくはほぼ連続的な異常燃焼が検出される場合の異常燃焼の発生回数が前記異常燃焼許容回数に達した場合に、前記異常燃焼抑制制御が実行されるようにする手段であり、
   前記異常燃焼許容回数は、異常燃焼発生時の最大筒内圧力値に応じて異なるものとされており、
   異常燃焼発生時の最大筒内圧力値が低い場合に用いられる前記異常燃焼許容回数は、異常燃焼時の最大筒内圧力値が高い場合に用いられる前記異常燃焼許容回数と比べて多いことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記内燃機関の運転中に少なくとも２点の最大筒内圧力値に対して最大筒内圧力値毎に異常燃焼の発生頻度が取得される場合において、ある最大筒内圧力値での異常燃焼の発生頻度が第１所定値以上である場合に、当該最大筒内圧力値に対する前記異常燃焼許容回数を増加させ、他の少なくとも１点の最大筒内圧力値に対する前記異常燃焼許容回数を減少させる第１異常燃焼許容回数変更手段を更に備え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. 前記内燃機関の運転中に少なくとも２点の最大筒内圧力値に対して最大筒内圧力値毎に異常燃焼の発生頻度が取得される場合において、ある最大筒内圧力値での異常燃焼の発生頻度が第２所定値未満である場合に、当該最大筒内圧力値に対する前記異常燃焼許容回数を減少させ、他の少なくとも１点の最大筒内圧力値に対する前記異常燃焼許容回数を増加させる第２異常燃焼許容回数変更手段を更に備えることを特徴とする請求項３または４記載の内燃機関の制御装置。

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