JP6022594B2 - エンジン制御システム - Google Patents
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Description
本発明は、エンジンの制御システムに関する。
近年、自動車の燃費向上のためエンジンの熱効率を改善する試みがされている。その改善技術の1つが高圧縮比化である。圧縮比を高くすることで内燃機関の理論熱効率が向上する。一方で、エンジンのダウンサイジングも燃費向上策として開発が進んでいる。ダウンサイジングによりポンピングロスの低減、機械損失の低減が可能である。ただし、ダウンサイジングしたエンジンにおいて、トルク(出力)を維持するためには過給圧力を増大させる必要がある。
こうした高圧縮比、高過給のエンジンシステムでは、エンジン燃焼室の温度が上昇するため、プレイグニッションと呼ばれる異常燃焼が問題となる。プレイグニッションとは、点火プラグによる火花放電よりも前に混合気の着火が生じてしまう現象である。プレイグニッションが発生すると点火による燃焼制御が行えない状態となるため、エンジンの暴走につながる。また、筒内圧の急激な上昇によりエンジンを損傷する可能性がある。
また、プレイグニッションが発生する前には、その前兆となる現象が起こる場合がある。具体的には、点火プラグによる火花放電後であって正常燃焼よりも早く混合気の着火が生じるという現象(以下、この現象のことを本明細書において「プレイグニッション前兆燃焼」と言う)が起こる場合がある。したがって、本格的なプレイグニッションが発生する以前にプレイグニッションの前兆現象、即ちプレイグニッション前兆燃焼の発生を検知して、プレイグニッションを未然に回避することが重要である。
プレイグニッションやプレイグニッション前兆燃焼(何れも異常燃焼)を検知する方策として、イオン電流検出装置(イオン検出装置)センサを用いた手法が提案されている。イオン電流センサにより、燃焼時に発生するイオンを検出することで、各サイクルにおける燃焼時期を検知することが可能である。
実用的なイオン電流検出装置として、点火プラグをプローブとして利用するシステムが提案されている。このシステムにおいては、原理上、点火プラグの火花放電期間中にイオン電流を検出することができない。そのため、火花放電期間付近での燃焼を捉えることが出来ず、プレイグニッションもしくはプレイグニッション前兆燃焼の検知精度が低いという課題がある。
エンジンの燃焼状態を精度良く把握できるようにした技術として、例えば特許文献1が公知である。この特許文献1は、燃焼室内にイオン電流検出機能を備えた点火プラグを2つ設置し、その2つの点火プラグの火花放電時期をずらすことにより、一方のプラグだけでは検出不可能なイオン電流を、他方のプラグにより検出するという技術である。
しかしながら、特許文献1に記載の技術は、イオン電流検出機能を備えた点火プラグを燃焼室に2つ備えることが必須であるため、エンジン燃焼室レイアウトの大規模な変更やコストアップが課題となる。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、コストアップを抑えつつ、異常燃焼を精度良く検出することができるエンジンの制御システムを提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明に係るエンジン制御システムは、燃焼時に発生するイオンを検出するイオン検出装置(4)と、エンジンの点火制御信号の立ち下がり時点から前記イオン検出装置によって出力されるイオン信号の立ち上がり時点までの時間(Δt)に基づいて、エンジン内の燃焼状態が正常燃焼と異常燃焼との何れの状態であるかを判定する燃焼状態判定部を有する制御装置(20)と、を備えている。
本発明によれば、エンジンレイアウトの多規模な変更やコストアップなしで、異常燃焼の発生を未然に防止することが可能となる。なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態および実施例の説明により明らかにされる。
以下、本発明に係るエンジン制御システムの実施形態について、図を参照しながら説明する。
図1は、本発明の実施形態に係るエンジン制御システムを適用した自動車用筒内噴射式ガソリンエンジンのシステム構成図である。本発明の実施形態に係るエンジン制御システムは、少なくとも点火システム4とエンジンコントロールユニット(ECU)20とを備えて構成される。図1に示すように、エンジン100は、火花点火式燃焼を実施する自動車用の4気筒ガソリンエンジンである。吸入空気量を計測するエアフローセンサ1と、吸気管6内の圧力を調整する電子制御スロットル2と、吸入空気温度検出器の一態様であって吸入空気の温度を計測する吸気温度センサ15と、吸気管6内の圧力を計測する吸気圧センサ21と、が吸気側の適宜位置に備えられている。
また、エンジン100には、燃焼室12の中に燃料を噴射する燃料噴射装置(以下、インジェクタ)3と、点火エネルギを供給する点火システム4が気筒ごとに備えられている。ここで、点火システム4は燃焼時のイオン電流を検出するイオン電流検出回路(イオン検出装置)4−2を備えている(図2参照)。また、エンジンの冷却水の温度を計測する冷却水温度センサ14がシリンダヘッド7の適宜位置に備えられている。
また、筒内に流入する吸入ガスを調整する吸気バルブ可変装置5aと筒内から排出される排気ガスを調整する排気バルブ可変装置5bとから構成される可変バルブ5がシリンダヘッド7の適宜位置に備えられている。可変バルブ5を調整することにより、1番(#1)から4番(#4)まで全気筒の吸気量およびEGR(Exhaust Gas Recirculation)量の調整が可能である。また、燃料噴射装置3に高圧燃料を供給するための高圧燃料ポンプ17が燃料配管によって燃料噴射装置3と接続されている。燃料配管中には、燃料噴射圧力を計測するための燃料圧力センサ18が備えられている。
さらに、排気を浄化する三元触媒10と、空燃比検出器の一態様であって、三元触媒10の上流側にて排気の空燃比を検出する空燃比センサ9と、排気温度検出器の一態様であって、三元触媒10の上流側にて排気の温度を計測する排気温度センサ11とが排気管8の適宜位置に備えられる。また、図示しないクランク軸には、回転角度を算出するためのクランク角度センサ13が備えられている。
エアフローセンサ1、空燃比センサ9、冷却水温度センサ14、吸気温度センサ15、排気温度センサ11、クランク角センサ13、燃料圧力センサ18、吸気圧センサ21、点火システム(イオン信号検出回路)4、および可変動弁(位相角センサ)5のそれぞれから得られる信号は、制御装置としてのエンジンコントロールユニット(ECU)20に送られる。また、アクセル開度センサ16から得られる信号がECU20に送られる。
アクセル開度センサ16は、アクセルペダルの踏み込み量、すなわち、アクセル開度を検出する。ECU20は、アクセル開度センサ16の出力信号に基づいて、要求トルクを演算する。すなわち、アクセル開度センサ16は、エンジンへの要求トルクを検出する要求トルク検出センサとして用いられる。また、ECU20は、クランク角度センサ13の出力信号に基づいて、エンジンの回転速度を演算する。ECU20は、上記各種センサの出力から得られるエンジンの運転状態に基づき、空気流量、燃料噴射量、点火時期、燃料圧力等のエンジンの主要な作動量を最適に演算する。
ECU20で演算された燃料噴射量は開弁パルス信号に変換され、インジェクタ3に送られる。また、ECU20で演算された点火時期で点火されるように、点火信号4hが点火システム4に送られる。また、ECU20で演算されたスロットル開度は、スロットル駆動信号として電子制御スロットル2に送られる。また、ECU20で演算された可変バルブの作動量は、可変バルブ駆動信号として、可変バルブ5へ送られる。また、ECU20で演算された燃料圧力は、高圧燃料ポンプ駆動信号として、高圧燃料ポンプ17へ送られる。
吸気管6から吸気バルブ30を経て燃焼室12内に流入した空気に対し、燃料が噴射され、混合気が形成される。混合気は所定の点火時期で点火プラグ4から発生される火花により爆発し、その燃焼圧によりピストンを押し下げてエンジンの駆動力となる。更に、爆発後の排気ガスは排気バルブ31を経て排気管8を流れた後、三元触媒10に送りこまれ、排気成分は三元触媒10内で浄化され、外部へと排出される。
図2は、本発明の実施形態に係るエンジン制御システムを構成する点火システム4の詳細を示した図である。点火システム4は、火花点火部4−1とイオン電流検出回路(イオン検出装置)4−2とで構成される。ECU20からの点火制御信号4hが入力されるとイグナイタ4iを介して、一次点火コイル4cに電流が流れる。点火信号がOFFになり一次側の電流が止まると二次点火コイル4bに起電力が発生し、点火プラグ4aの先端に高電圧がかかることで火花放電が生じる。火花放電時は図2の矢印Iの方向に電流が流れる。二次点火コイル4bの電圧が減少し、ツェナーダイオード4eの降伏電圧(例えば100V)よりも低くなると、電流はキャパシタ4dに流れ込み、キャパシタ4dに電荷がチャージされる。
火花放電により点火プラグ間ギャップ(中心電極と接地電極との間のギャップ)に火炎核が生まれ、その後燃焼室12内に火炎が伝播していく。火炎帯には燃焼過程の中間生成物として、ケミカルイオンやサーマルイオンといったイオンが存在している。この時、点火プラグ4aには、火花放電時にチャージしたキャパシタ4dによって電圧(この場合は100V)がかかっており、その電圧により燃焼室内の陽イオン(および電子)を捕捉することによって回路内にイオン電流が流れる(図中のIIの方向)。このイオン電流は電圧変換用抵抗4fによって電圧変換された後、イオン信号4gとしてECU20に送られる。
次に、本発明の実施形態に係るエンジン制御システムにおけるプレイグニッションおよびプレイグニッション前兆燃焼の検出手法原理について、図3から図6を用いて説明する。図3は、図1に示すエンジンにおいて、時間の経過に伴う点火制御信号と熱発生率との関係についての代表例を示した図である。熱発生率に関しては、正常燃焼時、プレイグニッション前兆燃焼時、プレイグニッション時の各例を示している。なお、熱発生率の単位は、「ジュール/秒」である。
図3に示すように、時刻t1において、点火制御信号4hが立ち上がり、点火コイルにエネルギがチャージされる。時刻t2において点火制御信号4hが立ち下がり、二次点火コイルに高電圧が発生して火花放電が開始する。その後時刻t3まで火花放電が継続する。
(a)正常燃焼時においては、火花放電をトリガとして燃焼が発生するため、火花放電が終了した時刻t3以降、時刻tcombに燃焼が開始する。一方で、(c)プレイグニッション時においては、燃焼室内の高温化に起因する混合気の自己着火により燃焼が発生するため、火花放電が開始する時刻t2以前に燃焼が開始する。ここで(a)正常燃焼から(c)プレイグニッションへ移行する際に、その間に存在する(b)プレイグニッション前兆燃焼に着目する。このプレイグニッション前兆燃焼時においては、火花放電が開始する時刻t2以降に燃焼が開始する(つまり、火花放電をトリガとして燃焼が発生する)が、(a)正常燃焼と比較して燃焼開始時期が早く、火花放電終了時刻t3よりも前に燃焼が開始する場合がある。
図4は、図1に示すエンジンの試験を行い、その試験データに基づいて、時間の経過に伴う点火制御信号とイオン信号との関係を示した図である。イオン信号4gに関しては、図3の熱発生率と同様に、正常燃焼時、プレイグニッション前兆燃焼時、プレイグニッション時の各例を示している。なお、図4は、エンジン回転数が1000rpm、スロットル開度が全開、有効圧縮比が10.3の試験条件でエンジンの試験を行った結果を示している。
まず、(a)正常燃焼時の燃焼に伴い発生するイオン信号4gの特徴を説明する。イオン信号4gには3つの山が出る特徴がある。イオン信号4gの1つ目の山4g−1はイオン電流検出回路4−2(図2参照)が点火システム4に内蔵されている場合に見られる波形である。この1つ目の山4g−1は、時刻t1で点火制御信号4hが入力された際にイオン電流検出回路4−2に電流が流れ、イオン信号4gとして出力されたことにより形成されたものである。実際には燃焼室12内には燃焼火炎は存在しないタイミングなので、ECU20は、イオン信号の1つ目の山4g−1をノイズとして処理する。
イオン信号4gの2つ目の山4g−2は、時刻t2で点火制御信号4hが遮断され点火プラグ4aのギャップ間に火花が飛び、火花放電時間Δtを経過した後に見られる信号である。この2つ目の山4g−2は、燃焼初期火炎中のイオン成分と放電に伴うノイズ成分とが同時に検出されたことにより形成されたものである。ここで、ギャップ間に火花放電している間(火花放電期間:t2〜t2+Δt)は、イオン電流検出回路4−2によってイオン信号を検出できない。
イオン信号4gの3つ目の山4g−3は、燃焼火炎が燃焼室12全体に燃え広がる過程で検出される波形であり、燃焼室12内の圧力波形や熱発生波形ともよく一致するものである。この3つ目の山4g−3は、主燃焼部分の火炎中のイオン成分が検出されたことにより形成されたものである。
プレイグニッション発生時は、まず3つ目の山4g−3に変化が現れる。(a)正常燃焼から(b)プレイグニッション前兆燃焼、(c)プレイグニッションと移行する際の熱発生時期の早期化(図3参照)に伴って、3つ目の山4g−3の発生時期が早期化し、そのピーク値が大きくなっていく傾向が見られる。したがって、圧縮行程の所定の時刻t1(例えば90[deg.BTDC])から膨張行程の所定の時刻t4(例えば90[deg.ATDC])までイオン信号を積分(積算)した値S(図中の黒塗り部分の面積に相当)は、正常燃焼、プレイグニッション前兆燃焼、プレイグニッションの順に大きくなる傾向にある(Sa<Sb<Sc)。
これは、燃焼時期の早期化に伴いイオン信号の発生も早期化したことと、燃焼時期の早期化により燃焼室12内の温度が上昇したことでイオン(主にサーマルイオン)の発生が促進されイオン信号エネルギが増大したことに起因する。
また、もう一つの変化として、点火制御信号の立ち下がり時刻t2からイオン信号の立ち上り時刻t3(t3a,t3b,t3c)までの時間Δtが、正常燃焼、プレイグニッション前兆燃焼、プレイグニッションの順に短くなる傾向が見られる(Δta>Δtb>Δtc)。ここで、Δtは火花放電時間そのものを意味していることに着目する。プレイグニッション前兆燃焼時には、正常燃焼と比較して燃焼時期が早期化し、火花放電中に燃焼が開始するようになる。
火花放電中に燃焼が開始すると、点火プラグギャップ間の圧力および温度が急激に上昇するため、高い放電電圧が要求され、放電電圧が高くなる。したがって、火花点火時間が短縮される。同様にプレイグニッション時には、火花放電時には既に大半の混合気が燃焼しているため点火プラグギャップ間の圧力および温度が高く、結果として火花点火時間が短縮される。以上が、正常燃焼、プレイグニッション前兆燃焼、プレイグニッションの順にΔtが短くなるメカニズムである。
図5は、図1に示すエンジンの試験を上記した試験条件下(即ち、エンジン回転数が1000rpm、スロットル開度が全開、有効圧縮比が10.3)で行い、その試験データに基づいて、イオン信号積分値と燃焼開始時期の関係をプロットした図である。グラフの横軸は燃焼開始時期、つまりプレイグニッションの指標値であり、縦軸はイオン信号積分値Sである。正常燃焼時は点火時期(=点火制御信号立ち下がり時期)から一定の遅れ時間の後に燃焼が開始する。前述のようにプレイグニッション前兆燃焼になると点火時期から燃焼開始時期までの時間が短縮化し、プレイグニッションになると点火時期よりも前に燃焼が開始している。
イオン信号積分値Sを見ると、正常燃焼からプレイグニッション前兆燃焼、プレイグニッションと移行するにつれて、その値が大きくなる傾向が見られる。ただし、正常燃焼とプレイグニッション前兆燃焼の境界近傍において、図示したように、イオン信号積分値Sの値だけでは正常燃焼とプレイグニッション前兆燃焼の何れであるかの判断が困難な領域(低感度の領域)が存在する。そのため、イオン信号積分値Sだけでは、正常燃焼とプレイグニッション前兆燃焼とを、高精度に判別することが困難である。
これは、プレイグニッション前兆燃焼時には火花放電期間中に燃焼が開始すること、および火花放電期間中にはイオン信号が検出できないことによって、発生したイオンの一部分しか信号として検出できていないことに起因するものと考えられる。なお、プレイグニッション前兆燃焼と正常燃焼との区別は、後述する判定しきい値Δtkを用いることによって可能である。
一方、イオン信号積分値Sを用いれば、エンジンの燃焼状態がプレイグニッションの状態であるか、それとも正常燃焼とプレイグニッション前兆燃焼のどちらかの状態であるかを選択することはできる。例えば、判定しきい値をSk(第2閾値)に設定することで、プレイグニッションとそれ以外とを区別して判定(識別)することができる。具体的に説明すると、イオン信号積分値Sが判定しきい値Skより大きい場合には、プレイグニッションを識別でき、イオン信号積分値Sが判定しきい値Skより小さい場合には、プレイグニッション前兆燃焼か正常燃焼のどちらかであることを識別できる。
なお、イオンのエネルギ値として、イオン信号の積分値を用いたが、これ以外にもイオン信号4gが検出された期間、イオン信号4gのピーク値を用いることもできる。何れの値を用いるかは、エンジンの特性や運転条件等に応じて適宜決定すれば良い。何れのイオンのエネルギ値を用いても、その値に基づいてエンジンの燃焼状態がプレイグニッションの状態であるか、それとも正常燃焼とプレイグニッション前兆燃焼のどちらかの状態であるかを選択することができる。
図6は、図1に示すエンジンの試験を上記した試験条件下(即ち、エンジン回転数が1000rpm、スロットル開度が全開、有効圧縮比が10.3)で行い、その試験データに基づいて、点火制御信号の立ち下がり時点からイオン信号立ち上がり時点までの時間Δtと燃焼開始時期との関係をプロットした図である。グラフの横軸は燃焼開始時期、つまりプレイグニッションの指標値であり、縦軸はΔtである。横軸に関しては図5と同様である。
Δtを見ると、正常燃焼からプレイグニッション前兆燃焼へと移行するにつれて、短くなる傾向が有る。この傾向は図5のイオン信号積分値Sと比較してより顕著であることから、Δtに基づいて正常燃焼とプレイグニッション前兆燃焼とを区別することは容易(高感度)である。例えば、判定しきい値をΔtk(第1閾値)に設定することで、プレイグニッション前兆燃焼と正常燃焼とを識別することが可能である。また、図6からプレイグニッションの領域では、燃焼開始時期が早期化する(プレイグニッションの開始時期が早まる)につれて、逆にΔtが長期化していく傾向が有ることが分かる。これは、燃焼開始時期が過剰に進角することで燃焼室壁面からの熱損失が増大し、火花放電期間における筒内圧力や温度が減少することに起因するものと考えられる。
以上のことから、本発明の実施形態に係るエンジン制御システムによれば、Δtが判定しきい値Δtkより長い場合には正常燃焼を識別でき、Δtが判定しきい値Δtkより短い場合には異常燃焼を識別できる。また、プレイグニッションが発生する前にその前兆現象としてプレイグニッション前兆燃焼が発生することが通常の異常燃焼のメカニズムであることから考えると、Δtが判定しきい値Δtkより短い場合には、異常燃焼がプレイグニッション前兆燃焼であることを推定することも可能である。イオン信号積分値Sを用いることで、突発的なプレイグニッションの発生を識別することもできる。
また、より正確にエンジンの燃焼状態を識別するためには、ΔtとSを用いれば良い。即ち、正常燃焼と異常燃焼の識別をΔtに基づいて行い、異常燃焼がプレイグニッション前兆燃焼であるか、それともプレイグニッションであるかの識別をSに基づいて行えば、正常燃焼、プレイグニッション前兆燃焼、またはプレイグニッションを正確に識別することができる。
図7は、本発明の実施形態に係るエンジン制御システムの電気的構成を示すブロック図である。エアフローセンサ1、イオン信号4g、空燃比センサ9、排気温度センサ11、クランク角センサ13、冷却水温度センサ14、吸気温度センサ15、アクセル開度センサ16、燃料圧力センサ18、吸気圧センサ21の出力信号は、ECU20の入力回路20aに入力する。但し、入力信号はこれらだけに限られない。入力された各センサの入力信号は入出力ポート20b内の入力ポートに送られる。入力ポート20bに送られた値は、RAM20cに保管され、CPU20eで演算処理される。演算処理内容を記述した制御プログラムは、ROM20dに予め書き込まれている。
制御プログラムに従って演算された各アクチュエータの作動量を示す値は、RAM20cに保管された後、入出力ポート20b内の出力ポートに送られ、各駆動回路を経て各アクチュエータに送られる。本実施形態の場合は、駆動回路として、電子スロットル駆動回路20f、インジェクタ駆動回路20g、点火出力回路20h、可変バルブ駆動回路20j、高圧燃料ポンプ駆動回路20kがある。各回路は、それぞれ、電子制御スロットル2、インジェクタ3、点火システム4、可変バルブ5、高圧燃料ポンプ17を制御する。本実施形態においては、ECU20内に上記駆動回路を備えた装置であるが、これに限るものではなく、上記駆動回路のいずれかをECU20内に備えるものであってもよい。
ECU20は、入力信号に基づいて異常燃焼(プレイグニッションまたはプレイグニッション前兆燃焼)を判定し,異常燃焼であると判定された場合に、点火時期、インジェクタ(燃料噴射量)、可変バルブ、スロットル開度を制御する。
続いて、上記の実施形態に係るエンジン制御システムを用いて行うエンジン制御の代表的な実施例について説明する。
<実施例1>
実施例1は、点火制御信号の立ち下がり時点からイオン信号立ち上がり時点までの時間Δtに基づいてプレイグニッション前兆燃焼を判定し、その判定に基づいてプレイグニッション前兆燃焼を回避するようエンジンを制御する構成を例示している。以下、実施例1について、図8〜図10を用いて詳しく説明する。
実施例1は、点火制御信号の立ち下がり時点からイオン信号立ち上がり時点までの時間Δtに基づいてプレイグニッション前兆燃焼を判定し、その判定に基づいてプレイグニッション前兆燃焼を回避するようエンジンを制御する構成を例示している。以下、実施例1について、図8〜図10を用いて詳しく説明する。
図8は、実施例1におけるプレイグニッション前兆燃焼判定および回避制御ロジックの概要を示す図である。ECU20は、プレイグニッション前兆燃焼判定およびプレイグニッション前兆燃焼の回避制御を行うために、イオン信号処理部101、プレイグニッション前兆燃焼判定部(燃焼状態判定部)102、プレイグニッション前兆燃焼回避制御部(異常燃焼回避制御部)103を備えている。イオン信号4gおよび点火制御信号20hはイオン信号処理部101に入力され、図4で示したように、点火制御信号立ち下がり時点からイオン信号立ち上がり時点までの時間Δtの演算が実行される。
プレイグニッション前兆燃焼判定部102には、イオン信号処理部101により演算されたΔtの他、クランク角センサ13、アクセル開度センサ16の出力信号が入力される。ここで、クランク角センサ13の出力信号から演算したエンジン回転数Neと、アクセル開度センサ16の出力信号から推定したエンジントルクT(負荷)に基づいて、プレイグニッション前兆燃焼の判定しきい値Δtkが演算される。
そして、現在のΔtと判定しきい値Δtkを比較することでプレイグニッション前兆燃焼が発生しているか否かを判定し、その結果をプレイグニッション前兆燃焼回避制御部103へ出力する。ここではアクセル開度センサ13の出力からエンジントルクを推定したが、それに限らず、スロットル開度2や吸気圧力センサ21の出力等に基づいてエンジントルクを推定してもよい。また、ここでは演算されたエンジン回転数とエンジントルク双方を用いて判定しきい値Δtkを演算したが、エンジン回転数とエンジントルクのうちどちらか一方を用いて判定しきい値を演算してもよい。
プレイグニッション前兆燃焼回避制御部103には、プレイグニッション前兆燃焼の判定結果が入力され、プレイグニッション前兆燃焼が発生していれば,プレイグニッション前兆燃焼回避のために現在の設定よりも点火時期を遅角するべく、点火出力回路20hに指令値を与える。また、プレイグニッション前兆燃焼が発生していなければ、現在の設定を継続する。
図9は、実施例1におけるプレイグニッション前兆燃焼判定および回避制御の手順を示すフローチャートである。図9に示す制御手順は、ECU20によって、所定の周期で繰り返し実行される。
ステップS901において、ECU20は、イオン信号4gを読み込む。次に、ステップS902において、イオン信号の立ち上がり時点(図4におけるt3)を検出する。具体的には、点火時期後に初めてイオン信号が所定値を超える時刻を検出する。所定値は予めROM20dに記憶されている。次に、ステップS903に進み、点火制御信号立ち下がり時点t2からイオン信号の立ち上がり時点t3までの時間Δtを演算する。ここまでの処理はイオン信号処理部101により実行される。
次に、ステップS904に進み、エンジン回転数NeおよびエンジントルクTを演算する。エンジン回転数Neはクランク角センサ13の出力から演算される。エンジントルクTはアクセル開度センサ16の出力から推定される。次に、ステップS905にて、エンジン回転数NeおよびエンジントルクTから、判定しきい値Δtkを演算する。判定しきい値Δtkはエンジン回転数NeとエンジントルクTを軸としたマップとして予めROM20dに記憶しておいてもよい。
また、Δtは点火プラグや点火コイルの劣化状態などの経年変化に影響されるため、正常燃焼時のΔtを用いて判定しきい値Δtkを補正する学習制御を実施するとさらによい。ここで、正常燃焼時であるか否かの判断は、例えば、エンジンの吸気温度またはエンジンの冷却水温度に基づいて行うことができる。具体的には、エンジンの吸気温度が所定温度以下である場合、あるいはエンジンの冷却水温度が所定温度以下の場合には、正常燃焼であると判断する。また、エンジンの吸気湿度が所定の湿度以下である場合に、正常燃焼であると判断しても良い。
次に、ステップS906にて、イオン信号処理部101により演算されたΔtと判定しきい値Δtkの値を比較する。Δt>Δtkである場合には、プレイグニッション前兆燃焼が生じていない(つまり正常燃焼である)と判定して、一連の制御を終了する。Δt<Δtkである場合には、プレイグニッション前兆燃焼が生じていると判定してステップS907に進む。ここまでの処理はプレイグニッション前兆燃焼判定部102により実行される。
次に、ステップS907において、プレイグニッション前兆燃焼を回避するべく、点火時期を遅角して、一連の制御を終了する。この処理はプレイグニッション前兆燃焼回避制御部103により実行される。実施例1では、プレイグニッション前兆燃焼回避制御として、点火時期を遅角することにより燃焼室内温度を低下させているが、あるいは、燃料噴射量を増量することにより混合気温度を下げてもよい。点火時期を遅角すると、トルクは下がる(パワーが下がる)ものの、排気に影響を及ぼすことはないという利点がある。一方、燃焼噴射量を増加すると排気への影響は懸念されるものの、トルクは下がらない(パワーは下がらない)という利点がある。また、点火時期の遅角と燃料噴射量の増量を併用してもよい。
図10は、実施例1におけるプレイグニッション前兆燃焼判定および回避制御のタイムチャートを示している。図中上から、プレイグニッション前兆燃焼の判定フラグF1、アクセル開度α、スロットル開度β、点火時期t2および燃焼開始時期tcomb、点火制御信号立ち下がり時点からイオン信号立ち上がり時点までの時間Δtについて、それぞれ時刻(サイクル)の経過に伴う変化を示している。Δtのチャートには、プレイグニッション前兆燃焼の判定しきい値Δtkを併記している。ここではアクセル開度α一定の高トルク条件下の定常運転を想定している。また、燃焼開始時期tcombは、ECU20でオンボードに検出することができないパラメータであり、ここでは参考情報として記載している。
時刻(サイクル)A以前は、正常に燃焼しており、点火時期t2から一定の期間をおいて燃焼が開始している。その場合、Δtは一定値を示している。時刻(サイクル)Aの時点で、エンジン壁温の上昇や吸気温の上昇等何らかの原因により燃焼室が高温化すると、時刻(サイクル)A以降に燃焼開始時期tcombが徐々に早期化し、燃焼開始時期tcombが点火時期t2に近づいていく。この時、燃焼開始時期tcombの早期化に伴い、Δtが短期化していく。時刻(サイクル)Bの時点でΔtが判定しきい値Δtkよりも小さくなると、プレイグニッション前兆燃焼であると判定され、プレイグニッション前兆燃焼の判定フラグF1が立ち上がる。プレイグニッション前兆燃焼の判定フラグF1が立ち上がると、直ちに点火時期t2の遅角制御が実施される。点火時期の遅角制御が実施された後は、燃焼開始時期tcombの早期化が回避され再び安定した正常燃焼状態に復帰する。
以上説明したように、実施例1に記載した検知および制御方法によって、プレイグニッションの前兆現象であるプレイグニッション前兆燃焼を確実に検出し、その段階で回避制御を実施することで、運転性の悪化やエンジンへのダメージを発生させることなく、プレイグニッションを回避することが可能となる。この際、イオン電流検出回路4−2を備えた点火システム4を1つの燃焼室12に2つ以上設ける必要がないため、コストを抑えられるうえ、エンジン燃焼室のレイアウトを変更する必要もない。
<実施例2>
実施例2は、点火制御信号の立ち下がり時点からイオン信号立ち上がり時点までの時間Δtとイオン信号の積分値Sとに基づいて、プレイグニッション前兆燃焼とプレイグニッションを区別して判定し、その判定に基づいてプレイグニッション前兆燃焼またはプレイグニッションを回避するようエンジンを制御する構成を例示している。以下、実施例2について、図11〜図13を用いて詳しく説明する。
実施例2は、点火制御信号の立ち下がり時点からイオン信号立ち上がり時点までの時間Δtとイオン信号の積分値Sとに基づいて、プレイグニッション前兆燃焼とプレイグニッションを区別して判定し、その判定に基づいてプレイグニッション前兆燃焼またはプレイグニッションを回避するようエンジンを制御する構成を例示している。以下、実施例2について、図11〜図13を用いて詳しく説明する。
図11は、実施例2におけるプレイグニッション判定および回避制御ロジックの概要を示す図である。プレイグニッション前兆燃焼とプレイグニッションとを区別して判定し、その判定に基づいてプレイグニッション前兆燃焼またはプレイグニッションの回避制御を行うために、実施例2では、実施例1のプレイグニッション前兆燃焼判定部102およびプレイグニッション前兆燃焼回避制御部103(図8参照)に代えて、プレイグニッション判定部(燃焼状態判定部)202およびプレイグニッション回避制御部(異常燃焼回避制御部)203を備えていることが特徴である。
イオン信号4gおよび点火制御信号20hはイオン信号処理部101に入力され、図4で示したように、点火制御信号立ち下がり時点からイオン信号立ち上がり時点までの時間Δtの演算が実行される。さらに、イオン信号の所定期間(例えば−90〜90[deg.ATDC])の積分値Sの演算が実行される。
プレイグニッション前兆燃焼判定部202には、イオン信号処理部101により演算されたΔtおよびSの他、クランク角センサ13、アクセル開度センサ16の出力信号が入力される。ここで、クランク角センサ13の出力信号から演算したエンジン回転数Neと、アクセル開度センサ16の出力信号から推定したエンジントルクT(負荷)に基づいて、プレイグニッション前兆燃焼の判定しきい値Δtkおよびプレイグニッションの判定しきい値Skが演算される。
そして、現在のΔtと判定しきい値Δtkとの比較、現在のSと判定しきい値Skとの比較によって、プレイグニッションもしくはプレイグニッション前兆燃焼が発生しているか否かを区別して判定し、その結果をプレイグニッション回避制御部202へ出力する。ここではアクセル開度センサ13の出力からエンジントルクを推定したが、それに限らず、スロットル開度2や吸気圧力センサ21の出力等に基づいてエンジントルクを推定してもよい。また、ここでは演算されたエンジン回転数とエンジントルク双方を用いて判定しきい値ΔtkおよびSkを演算したが、エンジン回転数とエンジントルクのうちどちらか一方を用いて判定しきい値を演算してもよい。
プレイグニッション回避制御部203には、プレイグニッション判定結果が入力される。プレイグニッションが発生していれば、プレイグニッションを回避するために現在の設定よりもスロットル開度を低下するべく、電子制御スロットル駆動回路20fに指令値を与える。プレイグニッション前兆燃焼が発生していれば、プレイグニッション前兆燃焼を回避するために現在の設定よりも点火時期を遅角するべく、点火出力回路20hに指令値を与える。また、プレイグニッションもプレイグニッション前兆燃焼も発生していなければ、正常燃焼であると判定し、現在の設定を継続する。
図12は、実施例2におけるプレイグニッション判定および回避制御の手順を示すフローチャートである。図12に示す制御手順は、ECU20によって、所定の周期で繰り返し実行される。
ステップS1201において、ECU20は、イオン信号4gを読み込む。次に、ステップS1202において、イオン信号の立ち上がり時点(図4におけるt3)を検出する。具体的には点火時期後に初めてイオン信号が所定値を超える時刻を検出する。所定値は予めROM20dに記憶されている。次に、ステップS1203に進み、点火制御信号立ち下がり時点t2からイオン信号の立ち上がり時点t3までの時間Δtを演算する。次にステップS1204に進み、イオン信号の積分値Sを演算する。具体的には予め設定された所定期間(例えば−90〜90[deg.ATDC])でのイオン信号値を積算する。ここまでの処理はイオン信号処理部101により実行される。
次に、ステップS1205に進み、エンジン回転数NeおよびエンジントルクTを演算する。エンジン回転数Neはクランク角センサ13の出力から演算される。エンジントルクTはアクセル開度センサ16の出力から推定される。次に、ステップS1206にて、エンジン回転数NeおよびエンジントルクTから、判定しきい値Δtkを演算する。判定しきい値Δtkはエンジン回転数NeとエンジントルクTを軸としたマップとして予めROM20dに記憶しておいてもよい。
また、Δtは点火プラグや点火コイルの劣化状態などの経年変化に影響されるため、正常燃焼時のΔtを用いて判定しきい値Δtkを補正する学習制御を実施するとさらによい。ここで、正常燃焼時であるか否かの判断は、実施例1と同様の手法で行えば良い。
次に、ステップS1207にて、エンジン回転数NeおよびエンジントルクTから、判定しきい値Skを演算する。判定しきい値Skはエンジン回転数NeとエンジントルクTを軸としたマップとして予めROM20dに記憶しておいてもよい。また、Sは点火プラグやイオン電流検出回路4−2の劣化状態などの経年変化に影響されるため、正常燃焼時の積分値Sを用いて判定しきい値Skを補正する学習制御を実施するとさらによい。ここで、正常燃焼時であるか否かの判断は、実施例1と同様の手法で行えば良い。
次に、ステップS1208にて、イオン信号処理部101により演算されたSと判定しきい値Skの値を比較する。S>Skである場合には、プレイグニッションが発生していると判定して、ステップS1210へ進む。S<Skである場合には、プレイグニッションが発生していないと判定して、ステップS1209へ進む。ステップS1209では、イオン信号処理部101により演算されたΔtと判定しきい値Δtkの値を比較する。Δt>Δtkである場合には、プレイグニッション前兆燃焼が生じていない(つまり正常燃焼である)と判定して、一連の制御を終了する。Δt<Δtkである場合には、プレイグニッション前兆燃焼が生じていると判定してステップS1211に進む。ここまでの処理はプレイグニッション判定部202により実行される。
ステップS1208にて、プレイグニッションと判定された場合には、ステップS1207で、プレイグニッションを回避するべく、スロットル開度を減少し、一連の制御を終了する。また、ステップS1209にて、プレイグニッション前兆燃焼であると判定された場合には、ステップS1211で、プレイグニッション前兆燃焼を回避するべく、点火時期を遅角して、一連の制御を終了する。この処理はプレイグニッション回避制御部203により実行される。
なお、ステップS1208とステップS1209の処理の順番を逆にしても良い。即ち、まず、Δtの値に基づいて正常燃焼と異常燃焼の判別を行う。異常燃焼であると判別された場合には、次のステップとして、Sの値に基づいて異常燃焼がプレイグニッション前兆燃焼であるのか、それともプレイグニッションであるのかの判別を行うようにしても良い。
実施例2では、プレイグニッション回避制御として、スロットル開度を減少して燃焼室内の混合気量を減少しているが、この回避制御以外に、エンジンの吸気弁が閉じる時期を遅角化して有効圧縮比を減少させて燃焼室内温度を低下させてもよいし、スロットル開度減少と吸気弁閉時期遅角を併用してもよい。
また、プレイグニッション前兆燃焼回避制御として、点火時期を遅角することにより燃焼室内温度を低下させているが、この回避制御以外に、燃料噴射量を増量することにより混合気温度を下げてもよいし、点火時期の遅角と燃料噴射量の増量を併用してもよい。
図13は、実施例2におけるプレイグニッション判定および回避制御のタイムチャートを示している。図中上から、異常燃焼の判定フラグF2、アクセル開度α、スロットル開度β、点火時期t2および燃焼開始時期tcomb、点火制御信号立ち下がり時点からイオン信号立ち上がり時点までの時間Δt、所定期間のイオン信号の積分値Sについて、それぞれ時刻(サイクル)の経過に伴う変化を示している。ΔtおよびSのチャートには、プレイグニッション前兆燃焼の判定しきい値Δtkおよびプレイグニッションの判定しきい値Skを併記している。
ここでは時刻(サイクル)Eの時点で、ドライバが加速するためにアクセルを踏み込んだ状況を想定している。また、燃焼開始時期tcombは、エンジン制御装置でオンボードに検出することができないパラメータであり、ここでは参考情報として記載している。
時刻(サイクル)C以前は、正常に燃焼しており、点火時期t2から一定の期間をおいて燃焼が開始している。その場合、ΔtおよびSは一定値を示している。時刻(サイクル)Cの時点で、エンジン壁温の上昇や吸気温の上昇等何らかの原因により燃焼室が高温化すると、時刻(サイクル)C以降に燃焼開始時期tcombが徐々に早期化し、燃焼開始時期tcombが点火時期t2に近づいていく。この時、燃焼開始時期tcombの早期化に伴い、Δtが短期化していく。この時、Sの変化は小さい。
時刻(サイクル)Dの時点でΔtが判定しきい値Δtkよりも小さくなると、プレイグニッション前兆燃焼であると判定され、プレイグニッション前兆燃焼の判定フラグF2aが立ち上がる。プレイグニッション前兆燃焼の判定フラグF2aが立ち上がると、直ちに点火時期t2の遅角制御が実施される。点火時期の遅角制御が実施された後は、燃焼開始時期tcombの早期化が回避され再び安定した正常燃焼状態に復帰する。
その後、時刻Eの時点で、ドライバが加速するためにアクセルを踏み込む。それを受けて、ECU20はスロットル開度を増大させる。このようなエンジントルクの増加に伴い急激な燃焼室12内の高温化が発生すると、燃焼開始時期tcombが急峻に早期化し、プレイグニッション前兆燃焼の段階を経ずに、プレイグニッションが発生する場合がある。この時、イオン信号積分値Sが増大し、時刻(サイクル)Fの時点でプレイグニッション判定しきい値Skよりも大きくなると、プレイグニッションであると判定され、プレイグニッション判定フラグF2bが立ち上がる。プレイグニッション判定フラグF2bが立ち上がると、直ちにスロットル開度βの減少が実施される。スロットル開度減少制御が実施された後は、エンジントルクの低下に伴い、燃焼開始時期tcombの早期化が回避され再び安定した正常燃焼状態に復帰する。
以上説明したように、実施例2に記載した検知および制御方法によって、プレイグニッション前兆燃焼とプレイグニッションとを段階的に検出して、それぞれに適した回避制御を実施することで、車両の運転性の悪化やエンジンへのダメージを最小限に抑えながら、確実にプレイグニッションを回避することが可能となる。また、実施例2においても、イオン電流検出回路4−2を備えた点火システム4を1つの燃焼室12に2つ以上設ける必要がないため、コストを抑えられるうえ、エンジン燃焼室のレイアウトを変更する必要もない。
<実施例3>
実施例3は、実施例1および実施例2のようにイオン電流検出回路を用いずに、点火コイルに流れる二次電流信号から火花放電時間Δtを検出してプレイグニッション前兆燃焼を判定し、その判定に基づいてプレイグニッション前兆燃焼を回避するようエンジンを制御する構成を例示している。以下、実施例3について、図14〜図19を用いて詳しく説明する。
<実施例3>
実施例3は、実施例1および実施例2のようにイオン電流検出回路を用いずに、点火コイルに流れる二次電流信号から火花放電時間Δtを検出してプレイグニッション前兆燃焼を判定し、その判定に基づいてプレイグニッション前兆燃焼を回避するようエンジンを制御する構成を例示している。以下、実施例3について、図14〜図19を用いて詳しく説明する。
図14は、本発明の実施形態に係るエンジン制御システムを構成する点火システム4の詳細を示した図である。点火システム4は、火花点火部4−1と二次電流検出回路4−3とで構成される。ECU20からの点火制御信号4hが入力されるとイグナイタ4iを介して、一次点火コイル4cに電流が流れる。点火信号がOFFになり一次側の電流が止まると二次点火コイル4bに起電力が発生し、点火プラグ4aの先端に高電圧がかかることで火花放電が生じる。火花放電時は図14の矢印Iの方向に電流(二次電流)が流れる。この二次電流は二次電流検出用抵抗4jによって電圧変換された後,二次電流信号4mとしてECU20に送られる。
図15は、図1に示すエンジンの試験を行い、その試験データに基づいて、時間の経過に伴う点火制御信号と二次電流信号との関係を示した図である。二次電流信号4mに関しては、図3の熱発生率と同様に、正常燃焼時、プレイグニッション前兆燃焼時、プレイグニッション時の各例を示している。なお、図15は、エンジン回転数が1000rpm、スロットル開度が全開、有効圧縮比が10.3の試験条件でエンジンの試験を行った結果を示している。
まず、(a)正常燃焼時の燃焼に伴い発生する二次電流信号4mの特徴を説明する。点火制御信号が立ち下がる時刻t2(火花放電開始時刻)に二次電流信号4mは急峻に立ち上がって最大値をとり,その後火花放電が発生する中で減少していく。時刻t3aになると二次電流信号は0となり,火花放電が終了したことを意味する。つまり,点火信号が立ち下がる時刻t2から二次電流信号が立ち下がる時刻t3aまでの時間(Δta)が火花放電時間である。
点火制御信号の立ち下がり時刻t2から二次電流信号の立ち下がり時刻t3(t3a,t3b,t3c)までの時間Δtは、正常燃焼、プレイグニッション前兆燃焼、プレイグニッションの順に短くなる傾向が見られる(Δta>Δtb>Δtc)。これは、前述の通り、プレイグニッション前兆燃焼やプレイグニッションでは、火花放電中の点火プラグギャップ間の圧力および温度が上昇し、火花点火時間が短縮したことに起因する。
図16は、本発明の実施形態に係るエンジン制御システムの電気的構成を示すブロック図である。エアフローセンサ1、二次電流信号4m、空燃比センサ9、排気温度センサ11、クランク角センサ13、冷却水温度センサ14、吸気温度センサ15、アクセル開度センサ16、燃料圧力センサ18、吸気圧センサ21の出力信号は、ECU20の入力回路20aに入力する。但し、入力信号はこれらだけに限られない。入力された各センサの入力信号は入出力ポート20b内の入力ポートに送られる。入力ポート20bに送られた値は、RAM20cに保管され、CPU20eで演算処理される。演算処理内容を記述した制御プログラムは、ROM20dに予め書き込まれている。
制御プログラムに従って演算された各アクチュエータの作動量を示す値は、RAM20cに保管された後、入出力ポート20b内の出力ポートに送られ、各駆動回路を経て各アクチュエータに送られる。本実施形態の場合は、駆動回路として、電子スロットル駆動回路20f、インジェクタ駆動回路20g、点火出力回路20h、可変バルブ駆動回路20j、高圧燃料ポンプ駆動回路20kがある。各回路は、それぞれ、電子制御スロットル2、インジェクタ3、点火システム4、可変バルブ5、高圧燃料ポンプ17を制御する。本実施形態においては、ECU20内に上記駆動回路を備えた装置であるが、これに限るものではなく、上記駆動回路のいずれかをECU20内に備えるものであってもよい。
ECU20は、入力信号に基づいて異常燃焼(プレイグニッションまたはプレイグニッション前兆燃焼)を判定し,異常燃焼であると判定された場合に、点火時期、インジェクタ(燃料噴射量)、可変バルブ、スロットル開度を制御する。
図17は、実施例3におけるプレイグニッション前兆燃焼判定および回避制御ロジックの概要を示す図である。ECU20は、プレイグニッション前兆燃焼判定およびプレイグニッション前兆燃焼の回避制御を行うために、二次電流信号処理部301、プレイグニッション前兆燃焼判定部(燃焼状態判定部)102、プレイグニッション前兆燃焼回避制御部(異常燃焼回避制御部)103を備えている。二次電流信号4mおよび点火制御信号20hは二次電流信号処理部301に入力され、図15で示したように、点火制御信号立ち下がり時点から二次電流信号立ち下がり時点までの時間Δtの演算が実行される。
プレイグニッション前兆燃焼判定部102には、二次電流信号処理部301により演算されたΔtの他、クランク角センサ13、アクセル開度センサ16の出力信号が入力される。ここで、クランク角センサ13の出力信号から演算したエンジン回転数Neと、アクセル開度センサ16の出力信号から推定したエンジントルクT(負荷)に基づいて、プレイグニッション前兆燃焼の判定しきい値Δtkが演算される。
そして、現在のΔtと判定しきい値Δtkを比較することでプレイグニッション前兆燃焼が発生しているか否かを判定し、その結果をプレイグニッション前兆燃焼回避制御部103へ出力する。ここではアクセル開度センサ13の出力からエンジントルクを推定したが、それに限らず、スロットル開度2や吸気圧力センサ21の出力等に基づいてエンジントルクを推定してもよい。また、ここでは演算されたエンジン回転数とエンジントルク双方を用いて判定しきい値Δtkを演算したが、エンジン回転数とエンジントルクのうちどちらか一方を用いて判定しきい値を演算してもよい。
プレイグニッション前兆燃焼回避制御部103には、プレイグニッション前兆燃焼の判定結果が入力され、プレイグニッション前兆燃焼が発生していれば,プレイグニッション前兆燃焼回避のために現在の設定よりも点火時期を遅角するべく、点火出力回路20hに指令値を与える。また、プレイグニッション前兆燃焼が発生していなければ、現在の設定を継続する。
図18は、実施例3におけるプレイグニッション前兆燃焼判定および回避制御の手順を示すフローチャートである。図18に示す制御手順は、ECU20によって、所定の周期で繰り返し実行される。
ステップS1801において、ECU20は、二次電流信号4mを読み込む。次に、ステップS1802において、二次電流信号の立ち下がり時点(図15におけるt3)を検出する。具体的には、点火時期後に初めて二次電流信号が所定値を下回る時刻を検出する。所定値は予めROM20dに記憶されている。次に、ステップS1803に進み、点火制御信号立ち下がり時点t2から二次電流信号の立ち下がり時点t3までの時間Δtを演算する。ここまでの処理は二次電流信号処理部301により実行される。
ステップS1804からステップS1807まで(プレイグニッション前兆燃焼判定部およびプレイグニッション前兆燃焼回避制御部)の演算処理内容は、図9(実施例1)に示したものと同様である。
図19は、実施例3におけるプレイグニッション前兆燃焼判定および回避制御のタイムチャートを示している。図中上から、プレイグニッション前兆燃焼の判定フラグF1、アクセル開度α、スロットル開度β、点火時期t2および燃焼開始時期tcomb、点火制御信号立ち下がり時点から二次電流信号立ち下がり時点までの時間Δtについて、それぞれ時刻(サイクル)の経過に伴う変化を示している。Δtのチャートには、プレイグニッション前兆燃焼の判定しきい値Δtkを併記している。ここではアクセル開度α一定の高トルク条件下の定常運転を想定している。また、燃焼開始時期tcombは、ECU20でオンボードに検出することができないパラメータであり、ここでは参考情報として記載している。
時刻(サイクル)A以前は、正常に燃焼しており、点火時期t2から一定の期間をおいて燃焼が開始している。その場合、Δtは一定値を示している。時刻(サイクル)Aの時点で、エンジン壁温の上昇や吸気温の上昇等何らかの原因により燃焼室が高温化すると、時刻(サイクル)A以降に燃焼開始時期tcombが徐々に早期化し、燃焼開始時期tcombが点火時期t2に近づいていく。この時、燃焼開始時期tcombの早期化に伴い、Δtが短期化していく。時刻(サイクル)Bの時点でΔtが判定しきい値Δtkよりも小さくなると、プレイグニッション前兆燃焼であると判定され、プレイグニッション前兆燃焼の判定フラグF1が立ち上がる。プレイグニッション前兆燃焼の判定フラグF1が立ち上がると、直ちに点火時期t2の遅角制御が実施される。点火時期の遅角制御が実施された後は、燃焼開始時期tcombの早期化が回避され再び安定した正常燃焼状態に復帰する。
以上説明したように、実施例3に記載した検知および制御方法によって、プレイグニッションの前兆現象であるプレイグニッション前兆燃焼を確実に検出し、その段階で回避制御を実施することで、運転性の悪化やエンジンへのダメージを発生させることなく、プレイグニッションを回避することが可能となる。この際、従来の点火システムに二次電流検出回路(二次電流検出用抵抗)を追加するのみでプレイグニッション前兆燃焼の判定が可能であるため、大幅にコストを抑えられるうえ、エンジン燃焼室のレイアウトを変更する必要もない。
本実施例3では、点火制御信号立ち下がり時点から二次電流信号立ち下がり時点までの時間によって火花放電時間Δtを演算したが、或いは、二次電流信号立ち上がり時点から二次電流信号立ち下がり時点までの時間を火花放電時間Δtとしても,同様な結果が得られる。
また、本実施例3では、二次電流信号から火花放電時間Δtを演算したが、二次電圧など点火システムに関わる他のパラメータから火花放電時間Δtを演算しても、同様な結果が得られる。
なお、上述した実施形態および実施例1,2,3は、本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をそれらの実施の形態にのみ限定する趣旨ではない。当業者は、本発明の要旨を逸脱することなしに、他の様々な態様で本発明を実施することができる。
4…点火システム
4−1…火花点火部
4−2…イオン電流検出回路(イオン検出装置)
4−3…二次電流検出回路(二次電流検出装置)
4g…イオン信号
4h…点火制御信号
4m…二次電流信号
20…ECU(制御装置)
100…エンジン
101…イオン信号処理部
102…プレイグニッション前兆燃焼判定部(燃焼状態判定部)
103…プレイグニッション前兆燃焼回避制御部(異常燃焼回避制御部)
202…プレイグニッション判定部(燃焼状態判定部)
203…プレイグニッション回避制御部(異常燃焼回避制御部)
301…二次電流信号処理部
Δtk…プレイグニッション前兆燃焼の判定しきい値(第1閾値)
ΔSk…プレイグニッションの判定しきい値(第2閾値)
4−1…火花点火部
4−2…イオン電流検出回路(イオン検出装置)
4−3…二次電流検出回路(二次電流検出装置)
4g…イオン信号
4h…点火制御信号
4m…二次電流信号
20…ECU(制御装置)
100…エンジン
101…イオン信号処理部
102…プレイグニッション前兆燃焼判定部(燃焼状態判定部)
103…プレイグニッション前兆燃焼回避制御部(異常燃焼回避制御部)
202…プレイグニッション判定部(燃焼状態判定部)
203…プレイグニッション回避制御部(異常燃焼回避制御部)
301…二次電流信号処理部
Δtk…プレイグニッション前兆燃焼の判定しきい値(第1閾値)
ΔSk…プレイグニッションの判定しきい値(第2閾値)
Claims (6)
- 点火プラグにより火花放電を行って混合気を着火させる火花点火式内燃機関の制御装置において、
前記火花点火式内燃機関の火花放電開始時点から火花放電終了時点までの時間に基づいて、前記火花点火式内燃機関内の燃焼状態が正常燃焼と異常燃焼との何れの状態であるかを判定する燃焼状態判定部を有すると共に、
前記火花点火式内燃機関は、燃焼時に発生するイオンを検出するイオン検出装置を備え、前記火花放電終了時点は、前記イオン検出装置によって出力されるイオン信号の立ち上がり時点に基づき求められ、
前記燃焼状態判定部は、前記時間と前記イオン検出装置で検出された前記イオンのエネルギ値とに基づいて、前記異常燃焼がプレイグニッションの前兆現象であるプレイグニッション前兆燃焼であるか、それともプレイグニッションであるかを判定し、
更に、前記燃焼状態判定部は、前記時間が第1閾値より短く、かつ、前記イオンのエネルギ値が第2閾値より小さい場合に、前記異常燃焼が前記プレイグニッション前兆燃焼であると判定し、前記イオンのエネルギ値が前記第2閾値より大きい場合に、前記異常燃焼が前記プレイグニッションであると判定することを特徴とする制御装置。 - 請求項1の記載において、
前記イオンのエネルギ値とは、前記イオン信号の積算値、前記イオン信号が検出された期間、前記イオン信号のピーク値の何れかであることを特徴とする制御装置。 - 請求項1の記載において、
前記第1閾値および前記第2閾値は、それぞれ前記火花点火式内燃機関のトルクおよび前記火花点火式内燃機関の回転数のうち少なくとも一方に基づいて算出されることを特徴とする制御装置。 - 請求項1の記載において、
前記制御装置は、前記異常燃焼を回避するように前記火花点火式内燃機関を制御する異常燃焼回避制御部をさらに有し、前記燃焼状態判定部によって前記異常燃焼が前記プレイグニッション前兆燃焼であると判定された場合には、前記異常燃焼回避制御部は前記プレイグニッション前兆燃焼を回避するよう前記火花点火式内燃機関を制御し、前記燃焼状態判定部によって前記異常燃焼が前記プレイグニッションであると判定された場合には、前記異常燃焼回避制御部は前記プレイグニッションを回避するように前記火花点火式内燃機関を制御することを特徴とする制御装置。 - 請求項4の記載において、
前記燃焼状態判定部によって前記異常燃焼が前記プレイグニッションであると判定された場合に、前記異常燃焼回避制御部は、前記火花点火式内燃機関のスロットル開度を減少させる、もしくは、前記火花点火式内燃機関の吸気弁の閉じる時期を遅角することにより前記プレイグニッションを回避することを特徴とする制御装置。 - 請求項4の記載において、
前記燃焼状態判定部によって前記異常燃焼が前記プレイグニッション前兆燃焼であると判定された場合に、前記異常燃焼回避制御部は、前記火花点火式内燃機関の点火時期を遅角する、もしくは、前記火花点火式内燃機関に供給する燃料噴射量を増加することにより前記プレイグニッション前兆燃焼を回避することを特徴とする制御装置。
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