JP6028719B2 - 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、特に火花点火式の内燃機関の制御装置に関する。

自動車の走行駆動用エンジン等に使用される内燃機関においては、燃焼室内が過熱状態となって火花点火前の着火であるプレイグニッションが生じる場合があり、プレイグニッションによってノッキングが誘発されることが多い。また、燃焼室内圧力が過度に高まるようなプレイグニッションが頻発すると、ピストンリング等の早期劣化が進む虞がある。そこで、内燃機関の制御装置においては、プレイグニッションの発生を検出し、燃焼室内に過度の圧力上昇が生じないように内燃機関の運転状態を制御するものがある。

従来のそのような内燃機関の制御装置としては、例えば燃焼ガスの圧力振動に基づいて異常燃焼を検出するためのノックセンサを利用して、燃焼室内での熱面着火に起因するプレイグニッションの発生を正確に検出できるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−１０４３７１号公報

しかしながら、上述のような従来の内燃機関の制御装置にあっては、プレイグニッションの有無や回数は検出できるものの、そのプレイグニッションの発生による燃焼室内の圧力上昇の程度（以下、単にプレイグニッションの大きさともいう）がエンジン部品に累積的なダメージを与えるほどに大きいか否かを推定できないとう問題があった。

例えば、過給機を備えたエンジンでは、低回転速度の高負荷領域にて過大な気筒内圧力を発生させ易いプレイグニッション、いわゆる低速プレイグ（low-speed preignition）が発生する。そのため、その低速プレイグの発生回数と大きさを管理したいが、上述の従来技術のようにノックコントロールシステムを用いて低速プレイグを検出する場合、そのプレイグニッションの大きさが分からなかった。

これに対し、例えば気筒内圧力を検出する筒内圧センサを用いることで、プレイグニッション発生時の燃焼圧力を測定することが考えられる。しかし、気筒毎に筒内圧センサが必要になるので、部品点数が増し、コスト高になってしまうという問題があった。

そこで、本発明は、プレイグニッション発生時における燃焼室内の圧力上昇の程度を把握し、燃焼室内における過度の圧力上昇を有効に抑制することのできる低コストの内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る内燃機関の制御装置は、上記目的達成のため、火花点火式の内燃機関の圧力振動を検出するセンサと、前記センサの検出情報に基づいて前記内燃機関の燃焼室内でのプレイグニッションの発生を検出するプレイグ判定手段と、前記圧力振動が検出されたときに前記内燃機関の点火時期を遅角側に制御する点火時期制御ユニットと、前記内燃機関の回転数および負荷に基づいて前記燃焼室内で前記プレイグニッションが他の運転域より高確率に発生するプレイグニッション発生領域を推定するプレイグ域推定手段と、前記内燃機関の運転状態が前記プレイグニッション発生領域にある場合に前記内燃機関の出力を低減させる機関出力低減制御手段と、を備えた内燃機関の制御装置であって、前記プレイグ域推定手段は、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記燃焼室内における許容値を超える過大筒内圧の発生確率を推定するマップを有するとともに、前記内燃機関の規定燃料使用時の基準点火時期に対する前記点火時期の遅角量に応じて前記プレイグニッション発生領域における前記過大筒内圧の発生確率を変更し、前記機関出力低減制御手段は、前記プレイグニッション発生領域における前記過大筒内圧の発生確率に応じて前記内燃機関の出力を低減させるものである。

この構成により、内燃機関の回転数および負荷といった運転状態に基づきプレイグニッション発生領域内における過大筒内圧の発生確率がマップから推定される。したがって、プレイグ判定手段によってプレイグニッションの有無やその発生回数を検出できるだけでなく、プレイグ域推定手段によって、プレイグニッションの発生による燃焼室内の圧力上昇の程度がエンジン部品に累積的なダメージを与えるほどに大きいか否かを精度よく推定可能になる。

しかも、基準点火時期に対する点火時期の遅角量に応じてプレイグニッション発生領域における過大筒内圧の発生確率が変更されるので、例えばユーザが規定燃料と異なる燃料を給油し、燃料種の相違によってプレイグニッション発生時の筒内圧力の上昇の程度が異なったとしても、その燃料種に応じた出力低減制御によって有効なプレイグニッション回避制御が実行可能になり、エンジン部品への累積的なダメージが有効に軽減される。

なお、ここにいう内燃機関の出力は、内燃機関の回転数およびトルクに対応し、内燃機関の運転状態は、内燃機関の回転数および負荷（トルクもしくは負荷率）に対応している。また、基準点火時期とは、例えば規定燃料使用時の点火時期である。

本発明の内燃機関の制御装置においては、前記センサが、前記内燃機関のノッキングを検出するノックセンサであるとともに、前記ノックセンサにより前記ノッキングが検出されたときに前記点火時期を遅角側に制御する一方、前記ノッキングが検出されないときに前記点火時期を前記基準点火時期に制御する点火時期制御ユニットが設けられていてもよい。

その場合、前記プレイグ域推定手段は、前記内燃機関の予め設定された一定運転状態における前記点火時期の遅角量に応じて前記プレイグニッション発生領域における前記過大筒内圧の発生確率を変更するように構成されてもよい。このように構成すると、既存のノックセンサを用いる簡素な構成で有効なプレイグニッション回避制御ができる低コストの内燃機関の制御装置となる。

本発明によれば、プレイグニッション発生時における燃焼室内の圧力上昇の程度を把握し、燃焼室内における過度の圧力上昇を有効に抑制することのできる低コストの内燃機関の制御装置を提供することができる。

本発明の一の実施の形態に係る内燃機関の制御装置の概略構成図である。 本発明の一の実施の形態に係る内燃機関の制御装置における低速プレイグニッション発生領域を含む運転領域の説明図である。 本発明の一の実施の形態に係る内燃機関の制御装置におけるプレイグニッション発生領域内での過大筒内圧の発生確率を推定するマップの説明図である。 本発明の一の実施の形態に係る内燃機関の制御装置におけるプレイグニッション発生領域内での過大筒内圧の発生確率の推定値を変更する重み付け処理の説明図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

（一の実施の形態）
図１ないし図３に、本発明の一の実施の形態に係る内燃機関の制御装置の構成を示す。

まず、その構成について説明すると、本実施形態の内燃機関の制御装置は、図１に示すエンジン１０に装備されており、電子制御ユニットであるＥＣＵ１００によってエンジン１０を電子制御するように構成されている。

エンジン１０は、自動車等の車両の走行駆動源を構成する火花点火式の内燃機関、例えば直列４気筒の４ストロークサイクルガソリンエンジンであり、エンジン１０から出力される動力は、図示しない動力伝達装置を介して駆動車輪側に変速可能に伝達されるようになっている。

具体的には、エンジン１０は、その機関本体１０Ｍ中に４つの気筒１１（図１中に１つのみ図示）を有しており、各気筒１１の内部にピストンリング１２ｒが装着されたピストン１２が摺動自在に配置されることで、ピストン１２の上方側に燃焼室１３が形成されている。ピストン１２の上下往復移動はコンロッド１４を介してクランクシャフト１５の回転に変換される。クランクシャフト１５は、略水平な方向に向けて配置されている。

エンジン１０の機関本体１０Ｍには、吸気管２１を有する吸気装置２０と排気管３１を有する排気装置３０とが装着されるとともに、吸気管２１と排気管３１の間に介在する排気ターボチャージャ４０（過給機）が装備されている。

吸気装置２０は、吸気管２１の上流端側に、エアクリーナ２２およびエアフローメータ２３を有している。また、吸気装置２０は、吸気管２１の下流側に、スロットルバルブ２５と、サージタンク２８ａおよび複数の枝管２８ｂ（図１中に１つのみ図示）を形成するインテークマニホールド２８と、サージタンク２８ａ内の圧力を吸気管内圧力として検出する吸気管内圧力センサ２９とを有している。

エアクリーナ２２を通して吸気管２１に導入された空気は、インテークマニホールド２８を介して、複数の気筒１１に吸入され得るようになっている。

スロットルバルブ２５は、吸気管２１に装着されたスロットルモータ２６によって開閉駆動されるようになっており、スロットルモータ２６により開度を調節されることで、その開度に応じて吸入空気量を調整する。そして、このスロットルバルブ２５の開度を検出するスロットル開度センサ２７からＥＣＵ１００に、スロットルバルブ２５の開度を示すスロットル開度信号が取り込まれるようになっている。

排気装置３０は、排気管３１の上流側に排気マニホールド（詳細図示せず）を有するとともに、その下流側に公知の排気空燃比センサ３２や排気浄化用の触媒ユニット３３を有している。

排気ターボチャージャ４０は、吸気管２１に装着されたコンプレッサ部４１と、排気管３１に装着された排気タービン部４２とを具備しており、排気タービン部４２には、エンジン１０からの排気のエネルギによって回転動力を発生する排気タービン４２ａが設けられている。また、コンプレッサ部４１には、コンプレッサホイール４１ａによってエンジン１０の吸入空気を正圧に加圧することができるコンプレッサホイール４１ａが設けられている。このコンプレッサホイール４１ａは、タービンシャフト４３を介して排気タービン４２ａに直結されており、排気タービン４２ａからの回転動力により回転しながら遠心圧縮作用をなすことで、エンジン１０の吸入空気を正圧に加圧し過給することができる。

そして、吸気装置２０には、排気ターボチャージャ４０のコンプレッサ部４１で加圧された過給空気を冷却するインタークーラ２４が設けられている。

また、排気装置３０には、過給圧の上昇時に排気ターボチャージャ４０の排気タービン部４２をバイパスする排気バイパス通路３４を開くウェイストゲートバルブ３５と、過給圧と大気圧の差圧に応じてウェイストゲートバルブ３５を開閉操作するアクチュエータ３６とが設けられている。

一方、インテークマニホールド２８が装着された機関本体１０Ｍの上部側には、複数の気筒１１に対応する複数のインジェクタ５１（燃料噴射弁）が装着されており、これらインジェクタ５１はデリバリーパイプ５２に配管接続されている。

インジェクタ５１は、例えば気筒１１内に燃料を直接に噴射することができる筒内噴射用の燃料噴射弁となっており、デリバリーパイプ５２には、低圧燃料ポンプ５３により燃料タンク５４内から汲み上げられ、高圧燃料ポンプ５５により加圧された燃料が供給される。なお、複数のインジェクタ５１は、ポート噴射用の燃料噴射弁であってもよいし、ポート噴射および筒内噴射のうち少なくとも任意の一方を選択して実行するデュアル噴射方式の燃料噴射弁として構成されてもよい。デリバリーパイプ５２には、デリバリーパイプ５２内に蓄圧・貯留された燃料の圧力を検出する燃圧センサ５６が装着されている。

インジェクタ５１は、例えば通電制御により開閉駆動される電磁駆動式のもので、各インジェクタ５１から噴射された燃料は、対応する燃焼室１３内の空気と混合される。

機関本体１０Ｍの燃焼室１３の上部（シリンダヘッドおよびヘッドカバー）には、図示しない吸気側および排気側のカムシャフトと、両カムシャフトによって開閉駆動される吸気弁６１および排気弁６２とが設けられている。

吸気側および排気側のカムシャフトは、それぞれ図示しないタイミングベルトまたはチェーン等の回転伝動要素を介してクランクシャフト１５に駆動連結されており、クランクシャフト１５の回転数［ｒｐｍ］の１／２の回転角度で回転する。そして、これらカムシャフトに設けられた図示しない吸気カムおよび排気カムの回転と図示しない復帰ばねの付勢力とによって、吸気弁６１および排気弁６２が開閉駆動されるようになっている。

また、各カムシャフトの前記回転伝動要素との係合部分となるプーリまたはスプロケット等（以下、カムプーリという）との間には、各カムプーリと各カムシャフトとを相対回動させてクランクシャフト１５に対する各カムシャフトの回転位相（変位角）を連続的に変更することができる油圧駆動式の可変バルブタイミング機構６３，６４が設けられている。これら可変バルブタイミング機構６３，６４は、公知のオイルコントロールバルブ６５，６６により給排制御される進角側および遅角側の油圧に応じて作動し、オイルコントロールバルブ６５，６６の作動は、ＥＣＵ１００により制御されるようになっている。

機関本体１０Ｍの上部側には、さらに、複数の気筒１１の燃焼室１３内に先端が露出する複数のダイレクトイグニッション方式の点火プラグ５７が収納されている。これら点火プラグ５７のキャップ（図示せず）には、気筒毎のイグニッションコイルを含む点火駆動回路が内蔵されている。また、各点火プラグ５７には、それぞれの点火確認信号をＥＣＵ１００に出力する出力ラインが設けられている。

また、エンジン１０を搭載した車両には、ドライバからの踏込み操作がなされるアクセルペダル７１が設けられており、アクセルペダル７１の踏込み量に対応するアクセル開度がアクセル開度センサ７２により検出されて、ＥＣＵ１００に取り込まれる。

クランクシャフト１５の回転は、クランク角センサ７３によって検出されるようになっており、このクランク角センサ７３は、機関回転速度であるクランクシャフト１５の回転数（以下、エンジン回転数ともいう）Ｎｅ［ｒｐｍ］に対応するパルス信号をＥＣＵ１００に出力する。

さらに、機関本体１０Ｍの上部には、吸気側および排気側のカムシャフトの回転角度位置を検出するカムポジション７５，７６が設けられている。これらカムポジション７５，７６のうち一方は、例えばクランクシャフト１５に装着されたクランク角検出用ロータが欠歯信号を発生する回転角度位置から所定角度分進んだ特定角度位置に達したとき、エンジン１０のカムシャフトの回転に応じて７２０°毎に立ち上がる気筒判別用の基準位置信号を出力する気筒判別センサの機能を有している。

一方、エンジン１０の機関本体１０Ｍの側壁部（シリンダブロックの側壁部分）には、エンジン１０の冷却水温度を検出する公知の水温センサ７７と、圧電素子により構成されたノックセンサ７８（圧力振動を検出するセンサ）とが装着されている。

水温センサ７７は、エンジン１０のウォータジャケット内を通る冷却水の温度を検出する。また、ノックセンサ７８は、エンジン１０のシリンダブロック部分に生じるノッキングやプレイグニッション発生時の筒内圧力変動に特有な振動の振動レベルに応じた電圧信号を出力するものであり、ノッキングやそれを誘発するプレイグニッション等の異常燃焼状態を検出することができる。これら水温センサ７７およびノックセンサ７８の検出情報は、ＥＣＵ１００に取り込まれるようになっている。

ＥＣＵ１００は、詳細を図示しないが、ＣＰＵ（central processing unit）、ＲＯＭ（read only memory）、ＲＡＭ（random access memory）およびバックアップＲＡＭ（不揮発性メモリでもよい）を備えるとともに、これらに双方向バスにより接続された入力回路および出力回路とを備えている。

ＥＣＵ１００のＲＯＭには、後述するエンジン１０の通常の電子制御プログラムと、後述する点火遅角制御および点火遅角量に応じた運転制御プログラム等を含んだ複数種の制御プログラムが記憶されている。また、ＥＣＵ１００のＲＡＭには、各種制御処理におけるＣＰＵの演算結果や制御値等が一時的に記憶保持されるようになっている。

具体的には、ＥＣＵ１００の入力回路は、バッファやＡ／Ｄ変換器等を含んだ入力インターフェースとして構成されており、この入力回路に、エアフローメータ２３、スロットル開度センサ２５、アクセル開度センサ７２、クランク角センサ７３、カムポジションセンサ７５，７６、点火プラグ５７の点火確認信号出力ライン等が接続されている。

また、ＥＣＵ１００の出力回路は、各種駆動回路等を有する出力インターフェースとして構成されており、この出力回路には、スロットルモータ２３、インジェクタ５１、燃料ポンプ５３、点火プラグ５７（イグニッションコイル）、オイルコントロールバルブ６５，６６等がそれぞれ接続されている。

ＥＣＵ１００は、エアフローメータ２３、スロットル開度センサ２５、アクセル開度センサ７２、クランク角センサ７３、カムポジションセンサ７５，７６、点火プラグ５７の点火確認信号出力ライン等からの各種センサ情報に基づいて、スロットルモータ２６、インジェクタ５１、燃料ポンプ５３、点火プラグ５７、オイルコントロールバルブ６５，６６等を制御する。

例えば、ＥＣＵ１００は、エアフローメータ２３により検出される吸入空気量とクランク角センサ７３により検出されるエンジン回転数Ｎｅとに基づいてエンジン１０の負荷を算出するとともに、その負荷の大きさに応じて、インジェクタ５１による燃料噴射量や燃料噴射時期、あるいは点火プラグ５７の点火時期を制御するようになっている。また、ＥＣＵ１００は、点火プラグ５７側から戻ってくる点火確認信号に基づいて、点火プラグ５７の点火異常、すなわち、失火の有無を判定するようになっている。

また、ＥＣＵ１００の入力回路には、ノックセンサ７８に対応するＡ／Ｄ変換器、バンドパスフィルタ、ピークホールド回路等が設けられている。ここにいうバンドパスフィルタは、ノックセンサ７８からの電圧信号のうち特定の周波数帯の信号のみを通過させるものであり、例えば異なる２つの周波数帯の信号を通過させる２種類のバンドパスフィルタで構成される。ピークホールド回路は、バンドパスフィルタを通過した特定の周波数帯の電圧信号（振動の強度を表す値）のピーク値を検出するものである。

通常、ノッキングに起因する振動は、その振動のピーク値以後において緩やかに減衰するが、吸気弁６１や排気弁６２の着座、インジェクタ５１の作動等といったノイズ成分に起因する振動は、その振動のピーク値以後即座に減衰する。そこで、ＥＣＵ１００は、フィルタ処理されたノックセンサ７８の検出値を内蔵する積算器によって所定のクランク回転期間について積算することで、ノッキングに起因した振動とノイズ成分に起因した振動とを区別するようになっている。そして、ＥＣＵ１００は、ノックセンサ７８の出力がエンジン回転数Ｎｅや負荷率（空気負荷率、または、同一回転数での最大トルクに対するトルク比を示すエンジン負荷率）に応じて設定される判定値未満であるか否かによって、ノッキングが十分許容できるか点火時期の遅角制御が必要かを判定する。

また、ＥＣＵ１００は、エンジン回転数Ｎｅと吸入空気量とから基本点火時期Ａｂｓｅを算出するための図示しない二次元のマップ（基本点火時期マップ）を内蔵しており、この基本点火時期マップにより基本点火時期Ａｂｓｅを算出した上で、次の（１）式により加算遅角補正量αＡｋｎｋを算出するようになっている。

αＡｋｎｋ＝｛１−（Ａｋｎｋ／Ａｋｍａｘ）｝ × ｅａｒｃｙｌ ・・・（１）
この（１）式の右辺中のＡｋｎｋは、対象気筒について現在設定されている現在遅角量であり、Ａｋｍａｘは、対象気筒についての最大遅角量である。また、（１）式の右辺中のｅａｒｃｙｌは、気筒別補正ベース値である。

最大遅角量Ａｋｍａｘは、現在のエンジン回転数Ｎｅおよび負荷率において許容可能な点火時期の最大遅角量であり、エンジン回転数Ｎｅおよび負荷率に基づく最大遅角量算出マップを参照して算出される。この最大遅角量Ａｋｍａｘは、エンジン回転数Ｎｅが高いほど大きく、また、負荷率が高いほど大きく設定される。

気筒別補正ベース値ｅａｒｃｙｌは、各気筒のノッキングが発生し易い程度に応じて予め設定された値であり、各気筒の圧縮比や放熱性のバラツキ等に応じて設定される。すなわち、ノッキングが発生し易い気筒ほど、遅角側への補正値である気筒別補正ベース値が大きく設定されるようになっている。

基本点火時期Ａｂｓｅは、ノッキングによる影響を考慮したエンジン１０の最大の出力トルクが得られる点火時期に相当するものであり、本発明にいう基準点火時期に相当する。

ＥＣＵ１００は、前述の加算遅角補正量αＡｋｎｋを算出した後、その算出値と現在遅角量Ａｋｎｋおよび基本点火時期Ａｂｓｅの値とに基づき、次の（２）式によって最終点火時期Ａｏｐを算出し、その最終点火時期に対応する点火時期制御信号を点火駆動回路に出力するようになっている。

Ａｏｐ＝Ａｂｓｅ−αＡｋｎｋ−Ａｋｎｋ ・・・（２）
そして、ＥＣＵ１００は、気筒毎の最終点火時期を算出する度に、バックアップＲＡＭ内に複数の気筒１１に対応して設けられる複数の設定値メモリ領域のいずれかに、気筒毎の最終点火時期の設定値を書き込んで、バックアップＲＡＭに各気筒の最新の最終点火時期の設定値を記憶保持させるようになっている。

また、ＥＣＵ１００は、気筒１１のいずれかについて、最終点火時期の設定値がマイナスとなり、点火遅角制御が要求されるとき、バックアップＲＡＭ内の複数の設定値メモリ領域に記憶保持された最終点火時期の要求値から、気筒別点火遅角制御が要求されている気筒１１の数をカウントする。

このような構成にすることで、ＥＣＵ１００は、エンジン１０に対し、例えば気筒別の点火遅角制御を実行することができ、ノッキングの発生を抑制するようにエンジン１０を制御することができる点火時期制御ユニットとして機能し得る。あるいは、ＥＣＵ１００は、圧縮上死点に対して同一の点火時期に設定する全気筒同一点火時期の点火遅角制御を実行することができる点火時期制御ユニットとしても機能し得る。この場合、エンジン１０の複数に区分された運転領域毎に、その領域内でノックが発生した点火時期を学習値としてバックアップＲＡＭに記憶しておき、運転条件が再度その領域に入った時には学習値を基に即座に点火遅角制御を行ってノッキングの発生を未然に防止することもできる。

このような点火時期制御によって、最終点火時期Ａｏｐは、許容されるレベル以上のノッキングが検出されない範囲内において、基本点火時期Ａｂｓｅに制御され、逆に、許容されるレベル以上のノッキングが検出される範囲内において、遅角側の値に制御されるようになっている。

ＥＣＵ１００のＲＯＭには、さらに、後述するプレイグ判定プログラム、プレイグ域圧力推定プログラムおよび機関出力低減制御プログラムが格納されており、ＥＣＵ１００は、プレイグ判定部１０１、プレイグ域圧力推定部１０２および機関出力低減制御部１０３として機能するようになっている。

具体的には、プレイグ判定部１０１は、ＲＯＭに格納されたプレイグ判定プログラムにより、ノックセンサ７８の検出情報に基づいて、燃焼室１３内で所定の大きさ以上のノッキングが発生したか否かを判定し、大きい圧力のプレイグニッションが発生し得る状態を検出するようになっている。

プレイグ域圧力推定部１０２は、プレイグ判定部１０１によって大きい圧力のプレイグニッションが発生し得る判定されたとき、ＲＯＭに格納されたプレイグ域圧力推定プログラムに従って、現在のエンジン１０の運転状態が低速プレイグニッションが発生し得る低速プレイグニッション発生領域Ａｒａ内に入るか、低速プレイグニッションがほとんど発生しない低速プレイグニッション非発生域Ａｒｂ（他の運転域）内に入るかを判定する。

具体的には、プレイグ域圧力推定部１０２は、エンジン回転数Ｎｅ［ｒｐｍ］と、エンジン１０の負荷、例えばエンジン１０の負荷トルク［Ｎｍ］、負荷率［％］またはスロットル開度とに基づいて、図２に示すような低速プレイグニッション発生領域の推定マップを参照し、現在のエンジン１０の運転状態（図２中に星印で示す回転数Ｎｅ１かつ負荷トルクＴ１の運転状態）が低速プレイグニッション発生領域Ａｒａ内にあるか否かを判定する。ここにいう低速プレイグニッション発生領域Ａｒａとは、燃焼室１３内で低速プレイグニッションが他の運転域より高確率に発生する特定の運転領域である。

また、プレイグ域圧力推定部１０２は、エンジン１０の運転状態を基に、燃焼室１３内における許容値を超える所定の圧力Ｐ１［ＭＰａ］以上の過大筒内圧の発生確率を推定する圧力過上昇確率マップ１０２ａを有している。ここにいう所定の圧力Ｐ１とは、エンジン１０の気筒１１を構成する主要部品への累積的なダメージを与える圧力である。

図３に示すように、この圧力過上昇確率マップ１０２ａは、低速プレイグニッション発生領域Ａｒａ内をエンジン１０の運転状態が互いに異なる複数の区域Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５に分割し、その区域Ｃ１〜Ｃ５について予めの実験結果から得られた過大筒内圧の発生確率を推定値として設定したものである。

ここでの過大筒内圧の発生確率は、例えば区域Ｃ１では２０％、区域Ｃ２では１５％、区域Ｃ３では１０％、区域Ｃ４では５％、区域Ｃ５では５％未満に設定されている。なお、圧力過上昇確率マップ１０２ａにおける過大筒内圧の発生確率の相違は、累積的なダメージを与える筒内圧の平均値を相違させるものであるので、圧力過上昇確率マップ１０２ａは、プレイグニッション発生時の圧力マップと捉えることもできる。

本実施形態においては、プレイグ域圧力推定部１０２は、さらに、エンジン１０の最大トルク点火時期等の基準点火時期に対する点火時期の遅角量に応じて、プレイグニッション発生領域Ａｒａにおけるエンジン１０の運転状態に応じた過大筒内圧の発生確率の設定値を重み付け係数マップ１０２ｂ（図４参照）を用いて変更するようになっている。

例えば、図４に示すように、エンジン１０に好適な規定燃料が使用される場合、燃費低減に有効な定常運転時のような通常運転時の点火時期の遅角量（同図中の点火遅角［°］）は０°となり、重み付けのための係数ｋは１となる。しかし、低ＲＯＮ燃料、すなわち、比較的低回転域の耐ノック性を示すリサーチ・オクタン価が低い燃料が使用されるときには、低回転高負荷域でのプレイグニッション発生時における過大筒内圧（過大筒内圧を伴うノッキング）の発生確率が高くなる傾向となるので、係数ｋは、同図中の点火遅角［°］に応じた１より大きい値、例えば点火遅角ｎ［°］に対応するｋｎに設定される。

したがって、この場合の過大筒内圧の発生確率は、例えば区域Ｃ１ではｋｎ×２０％、区域Ｃ２ではｋｎ×１５％、区域Ｃ３ではｋｎ×１０％、区域Ｃ４ではｋｎ×５％、区域Ｃ５ではｋｎ×５％未満に設定変更され、規定燃料使用時より高くなる。

そして、この場合も、機関出力低減制御部１０３は、プレイグ域圧力推定部１０２による低速プレイグニッション発生領域における過大筒内圧の発生確率の増加分に応じて、エンジン１０の出力を低減させるよう吸入空気量を制限するようになっている。

次に、作用について説明する。

上述のように構成された本実施形態の内燃機関の制御装置を搭載した車両においては、所定の制御周期毎に、アクセル開度センサ７２からの要求アクセル開度やその時点でのエンジン回転数、車速その他の車両走行状態に関するセンサ情報を基に、エンジン１０に要求されるエンジン回転数Ｎｅやトルク等が算出されて、それらの算出結果に応じた各種指令信号により走行駆動制御が実行される。

このような走行駆動制御下でエンジン１０の運転がなされるときには、ＥＣＵ１００によってエンジン１０の運転が制御されるとともに、エンジン１０における点火周期（４気筒の場合、１８０°ＣＡ）毎に、ノッキング等を抑制するように点火時期制御が実行される。また、エンジン１０の運転状態に応じて点火時期の制御条件が変更される。

前述のように、ＥＣＵ１００では、気筒１１のいずれかで膨張行程が開始されるとき、その気筒についてノッキングが発生しているか否かがノックセンサ７８の検出信号を基に判定され、その判定の結果に応じて、その気筒に対する気筒別の点火遅角制御が実行されるかその実行が禁止されるかの選択がなされる。

また、プレイグ判定部１０１により、ノックセンサ７８の検出情報に基づいてエンジン１０の燃焼室１３内でプレイグニッションが発生したか否かが判定され、プレイグニッションが発生していると判定されると、プレイグ域圧力推定部１０２により、現在のエンジン１０の運転状態が低速プレイグニッション発生領域Ａｒａ内に入るか低速プレイグニッション非発生域Ａｒｂ内に入るかが判定される。

さらに、プレイグ域圧力推定部１０２により、エンジン１０の運転状態を基に圧力過上昇確率マップ１０２ａが参照され、現在のエンジン１０の運転状態が低速プレイグニッション発生領域Ａｒａ内の複数の区域Ｃ１〜Ｃ５のうちどの区域内にあるかが判定され、その区域について設定された過大筒内圧の発生確率が推定値として選択される。よって、例えば図３中に星印で示すように、エンジン１０の運転状態が区域Ｃ２内にあるとすると、過大筒内圧の発生確率は１５％と推定される。

ところで、エンジン１０においては、使用される燃料の燃料種によって、プレイグニッション発生時の筒内圧力が相違し得る。また、車両のユーザが規定燃料と異なる燃料を給油した場合には、その燃料種に応じた圧力推定を行う必要がある。

図４に示すように、本実施形態では、規定燃料使用時と低ＲＯＮ燃料使用時等とで相違する通常運転時の点火時期に応じて、圧力過上昇確率マップ１０２ａに重み付けを行う。すなわち、燃料種が変更されたときにノッキングコントロール制御によって点火時期の遅角量が変わることを利用して、予め設定された一定の運転状態（回転数および負荷）での点火時期（許容できるノック範囲に入る点火時期）の遅角量を基に、圧力過上昇確率マップ１０２ａにおける圧力上昇確率（過大筒内圧の発生確率）の推定値が変更される。

したがって、規定燃料とは異なる低ＲＯＮ燃料等が使用されたとしても、低速プレイグニッションの発生時に筒内圧力の上昇確率を精度良く推定し、それに応じた機関出力低減制御（低速プレイグニッションの回避制御）を実行することで、低速プレイグニッションの発生を有効に抑制することができる。よって、ピストンリング１２ｒ等のエンジン部品への累積的なダメージが軽減される。

しかも、既存のノックセンサ７８を用いる簡素な構成で、燃料種にかかわらず有効なプレイグニッション回避制御ができる低コストの内燃機関の制御装置となる。

なお、上述の各実施形態では、エンジン１０の圧力振動を検出するセンサとしてノックセンサを用いた。しかし、複数の筒内圧力センサを別目的に使用するために搭載しているような場合には、ノックセンサを用いる場合よりセンサ数が増えるものの、その複数の筒内圧力センサを用いて圧力振動を検出することが可能である。

さらに、上述の各実施形態では、機関出力低減制御部１０３は吸入空気量の制限によってエンジン１０の出力を低下させて、低速プレイグニッションによる過大筒内圧力の発生を回避するものとしたが、出力低減の方法は、これらのものに限定されるものではないし、複数のパラメータの変更に伴う出力低減であってもよい。また、内燃機関を４サイクルのガソリンエンジンとしたが、燃料の異なる内燃機関であってもよいことはいうまでもない。

以上のように、本実施形態に係る内燃機関の制御装置は、プレイグニッション発生時における燃焼室内の圧力上昇の程度を把握し、燃焼室内における過度の圧力上昇を有効に抑制することのできる低コストの内燃機関の制御装置を提供することができる。このような本発明は、火花点火式の内燃機関の制御装置全般に有用である。

１０…エンジン（内燃機関）、１１…気筒、１２…ピストン、１２ｒ…ピストンリング（エンジン部品）、１３…燃焼室、１５…クランクシャフト、２１…吸気管、２５…スロットルバルブ、２９...吸気管内圧力センサ、３１...排気管、４０...排気ターボチャージャ（過給機）、５１...インジェクタ（燃料噴射弁）、５７...点火プラグ、６１...吸気弁、６２...排気弁、７２...アクセル開度センサ、７３…クランク角センサ、７７…水温センサ（センサ）、７８…ノックセンサ（センサ）、１００…ＥＣＵ（点火時期制御ユニット）、１０１…プレイグ判定部（プレイグ判定手段）、１０２…プレイグ域圧力推定部（プレイグ域推定手段）、１０２ａ…圧力過上昇確率マップ（マップ）、１０２ｂ…重み付け係数マップ、１０３…機関出力低減制御部、Ａｒａ…低速プレイグニッション発生領域（プレイグニッション発生領域）、Ａｒｂ…低速プレイグニッション非発生域（他の運転域）、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５…区域

Claims (1)

1. 火花点火式の内燃機関の圧力振動を検出するセンサと、
   前記センサの検出情報に基づいて前記内燃機関の燃焼室内でのプレイグニッションの発生を検出するプレイグ判定手段と、
   前記圧力振動が検出されたときに前記内燃機関の点火時期を遅角側に制御する点火時期制御ユニットと、
   前記内燃機関の回転数および負荷に基づいて前記燃焼室内で前記プレイグニッションが他の運転域より高確率に発生するプレイグニッション発生領域を推定するプレイグ域推定手段と、
   前記内燃機関の運転状態が前記プレイグニッション発生領域にある場合に前記内燃機関の出力を低減させる機関出力低減制御手段と、を備えた内燃機関の制御装置であって、
   前記プレイグ域推定手段は、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記燃焼室内における許容値を超える過大筒内圧の発生確率を推定するマップを有するとともに、前記内燃機関の規定燃料使用時の基準点火時期に対する前記点火時期の遅角量に応じて前記プレイグニッション発生領域における前記過大筒内圧の発生確率を変更し、
   前記機関出力低減制御手段は、前記プレイグニッション発生領域における前記過大筒内圧の発生確率に応じて前記内燃機関の出力を低減させることを特徴とする内燃機関の制御装置。

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