WO2012105012A1 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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鈴木　裕介
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Definitions

  • the present invention relates to a control device for an internal combustion engine.
  • preignition In an internal combustion engine, a phenomenon called preignition may occur.
  • the air-fuel mixture in the cylinder is ignited before the original ignition by the spark plug.
  • preignition occurs, an abnormally high in-cylinder pressure is generated, and the engine may be damaged.
  • knocking is induced by pre-ignition and noise is generated.
  • ⁇ Ions are generated when preignition occurs, and when these ions reach the spark plug electrode, an ion current flows between the spark plug electrodes.
  • the apparatus described in Patent Document 1 below detects the ionic current, thereby detecting the occurrence of preignition.
  • the device described in Patent Document 1 performs fuel injection near the top dead center of the intake stroke so that the fuel reaches the spark plug. More specifically, fuel injection is performed so that the fuel injected from the in-cylinder injector hits the top surface of the piston, changes its direction toward the spark plug, and reaches the spark plug. And preignition is suppressed by lowering
  • Patent Document 2 discloses a crank having a compression pressure ratio ( ⁇ PT / ⁇ P0) between the compression pressure (PT) at the top dead center of the crank angle and the reference in-cylinder pressure (P0) during the compression stroke and in-cylinder pressure (P).
  • the in-cylinder pressure change rate ( ⁇ P / ⁇ ) with respect to the angle ( ⁇ ) is calculated, and the presence / absence of pre-ignition and knocking is determined using these values.
  • the air / fuel ratio of the engine And a technique for increasing the air-fuel ratio and delaying the fuel injection start time when preignition and knocking occur.
  • Patent Document 3 a pre-ignition is detected by comparing the in-cylinder pressure predicted by the physical model and the in-cylinder pressure measured by the in-cylinder pressure sensor, and when the pre-ignition is detected, the in-cylinder injector is detected.
  • a technique for suppressing preignition by re-injecting fuel is disclosed.
  • Patent Document 1 it is assumed that preignition is generated by the heat of the spark plug itself, but according to recent research, the preignition is not necessarily generated by the heat of the spark plug itself. For example, deposits (carbon) deposited on the walls of the combustion chamber may be peeled off, and the peeled pieces may become a fire type to cause preignition. For this reason, even if the temperature of the spark plug is lowered, it is difficult to reliably suppress preignition.
  • Patent Document 1 fuel injection for suppressing preignition is performed near the top dead center of the intake stroke, that is, before the crank angle at which preignition can occur. For this reason, even if preignition is detected, combustion of the preignition of the detected cycle cannot be suppressed. For this reason, an abnormal increase in the in-cylinder pressure in the cycle in which pre-ignition is detected cannot be avoided.
  • Patent Document 2 in which the pre-ignition is suppressed by changing the air-fuel ratio or the fuel injection start timing, the pre-ignition combustion cannot be suppressed in the cycle in which the pre-ignition is detected. It is impossible to avoid an abnormal increase in the in-cylinder pressure in the cycle in which this is detected.
  • Patent Document 3 describes that re-injection from the in-cylinder injector in a cycle in which pre-ignition is detected makes it possible to extinguish or attenuate the flame of the pre-ignition. In practice, however, there is doubt that this effect can be obtained. As is well known, there is an operation delay after the injection signal from the control unit is turned on until the injector is opened and fuel is actually injected. For this reason, even if re-injection is performed after detecting the pre-ignition, it is already too late, and the pre-ignition flame has already spread in the cylinder when the fuel is actually injected. For this reason, it is difficult to avoid an abnormal increase in the in-cylinder pressure.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine that can reliably avoid an abnormal increase in in-cylinder pressure due to pre-ignition.
  • a first invention is an apparatus for controlling an internal combustion engine provided with an injector that directly injects fuel into a cylinder.
  • a pre-ignition detection means for performing a pre-ignition detection operation during a period up to a crank angle ⁇ A;
  • An injection instruction means for issuing an injection instruction for performing fuel injection for suppressing combustion of pre-ignition to the injector at a crank angle ⁇ B before the crank angle ⁇ A; It is characterized by providing.
  • the second invention is the first invention, wherein When the pre-ignition detection means detects pre-ignition during the period up to the crank angle ⁇ A, fuel injection according to the injection instruction is continuously performed for a predetermined time or until a crank angle ⁇ C after the crank angle ⁇ A.
  • An injection control means is provided.
  • the third invention is the first or second invention, wherein
  • the pre-ignition detection means does not detect pre-ignition during the period up to the crank angle ⁇ A
  • the pre-ignition detection means includes an energization stop means for stopping energization of the injector started by the injection instruction.
  • 4th invention is set in 3rd invention, The time from the crank angle ⁇ B to the crank angle ⁇ A is not longer than the time corresponding to the valve opening delay time of the injector.
  • the fifth invention is the third invention, wherein The time point of the crank angle ⁇ A is after the time point when the injector opens according to the injection instruction, and before the time point when fuel injection is scheduled to end according to the injection instruction.
  • Possibility determination means for determining whether or not the operating state of the internal combustion engine is a state where there is a possibility that pre-ignition occurs.
  • the injection instruction means issues the injection instruction when the determination result of the possibility determination means is affirmative.
  • crank angle ⁇ B is in the compression stroke range.
  • an eighth invention is any one of the first to seventh inventions,
  • the crank angle ⁇ B is a crank angle before the earliest crank angle at which pre-ignition can occur.
  • An in-cylinder pressure sensor for detecting the pressure in the cylinder;
  • Index value calculating means for calculating an index value that is an index of the amount of heat generation based on the in-cylinder pressure detected by the in-cylinder pressure sensor;
  • the preignition detection means determines whether or not preignition has occurred based on the index value calculated by the index value calculation means.
  • the tenth invention is the ninth invention, wherein
  • the in-cylinder pressure is P
  • the in-cylinder volume is V
  • the specific heat ratio of the in-cylinder gas is ⁇
  • the index value is expressed by PV ⁇ .
  • the eleventh invention is the ninth invention, wherein
  • the in-cylinder pressure is P
  • the volume in the cylinder is V
  • the specific heat ratio of in-cylinder gas is ⁇
  • the crank angle is ⁇
  • the index value is expressed by d (PV ⁇ ) / d ⁇ .
  • the fuel injection for suppressing the combustion of the pre-ignition can be surely made in time for the start of burning of the pre-ignition. For this reason, the flame of preignition can be surely extinguished or attenuated at the initial time. Therefore, it is possible to reliably avoid an abnormal increase in in-cylinder pressure due to pre-ignition.
  • an abnormal increase in in-cylinder pressure due to pre-ignition can be avoided more reliably.
  • the amount of fuel injected can be saved in a cycle in which the occurrence of preignition is not detected during the period up to the crank angle ⁇ A.
  • the quantity of the fuel injected in order to suppress preignition can be saved as a whole, and a reduction in fuel consumption can be achieved.
  • the deviation of the air-fuel ratio due to fuel injection for suppressing preignition can be suppressed, and the emission can be reduced.
  • the fourth aspect of the present invention it is not necessary to perform fuel injection for suppressing preignition in a cycle in which the occurrence of preignition is not detected during the period up to the crank angle ⁇ A. For this reason, further reduction in fuel consumption and emission can be achieved.
  • the fifth aspect it is possible to more reliably extinguish or attenuate a preignition flame that starts relatively slowly. For this reason, an abnormal increase in the in-cylinder pressure can be avoided more reliably.
  • the fuel injection for suppressing the combustion of the pre-ignition can be surely made in time for the start of burning of the pre-ignition.
  • the fuel injection for suppressing the combustion of the pre-ignition can be surely made in time for the start of pre-ignition burning.
  • the occurrence of pre-ignition can be accurately detected at an early stage. As a result, it is possible to achieve both higher levels of prevention of abnormal rise of in-cylinder pressure, lower fuel consumption, and lower emissions.
  • the occurrence of pre-ignition can be accurately detected at an early stage. As a result, it is possible to achieve both higher levels of prevention of abnormal rise of in-cylinder pressure, lower fuel consumption, and lower emissions.
  • the occurrence of pre-ignition can be accurately detected at an early stage. As a result, it is possible to achieve both higher levels of prevention of abnormal rise of in-cylinder pressure, lower fuel consumption, and lower emissions.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a system configuration according to the first embodiment of the present invention.
  • the system according to the first embodiment of the present invention includes a spark ignition type internal combustion engine 10.
  • the number of cylinders and the cylinder arrangement of the internal combustion engine 10 are not particularly limited. In FIG. 1, only one cylinder is representatively depicted.
  • Each cylinder of the internal combustion engine 10 is provided with a piston 12, an intake valve 14, an exhaust valve 16, a spark plug 18, and an injector 20 that injects fuel directly into the cylinder (combustion chamber).
  • an intake passage 22 and an exhaust passage 24 are connected to each cylinder.
  • the internal combustion engine 10 has a turbocharger 26 as a supercharger.
  • the turbocharger 26 has a compressor 26a and a turbine 26b.
  • the compressor 26 a is arranged in the middle of the intake passage 22, and the turbine 26 b is arranged in the middle of the exhaust passage 24.
  • an air cleaner 28 and an air flow meter 30 for detecting the intake air amount are installed in the intake passage 22 upstream of the compressor 26a.
  • An intercooler 32 and a throttle valve 34 are provided in the intake passage 22 on the downstream side of the compressor 26a.
  • a bypass passage 38 communicating the upstream exhaust passage 24 and the downstream exhaust passage 24 of the turbine 26b, and a bypass valve 40 (a waste gate valve) capable of opening and closing the bypass passage 38 are provided. And are installed.
  • a catalytic converter 42 for purifying exhaust gas is installed in the exhaust passage 24 downstream of the turbine 26b. The catalytic converter 42 can obtain a high purification rate when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is in the vicinity of the stoichiometric air-fuel ratio.
  • the system of the present embodiment includes a crank angle sensor 44 that detects the rotation angle of the crankshaft of the internal combustion engine 10, an in-cylinder pressure sensor 46 that detects in-cylinder pressure, and an ECU (Electronic Control Unit that controls the operating state of the internal combustion engine 10. ) 50.
  • the ECU 50 is electrically connected to the various sensors and actuators described above.
  • the ECU 50 controls the operation of the internal combustion engine 10 by driving each actuator based on information detected by each sensor. For example, the fuel injection amount is calculated based on the engine speed detected by the crank angle sensor 44 and the intake air amount detected by the air flow meter 30, and the fuel injection timing, ignition timing, etc. are determined based on the crank angle. Later, the injector 20 and the spark plug 18 are driven.
  • the main fuel injection (normal fuel injection) from the injector 20 is performed in the intake stroke. Alternatively, it may be performed from the intake stroke to the first half of the compression stroke. This fuel injection forms an air-fuel mixture in the cylinder, and this air-fuel mixture is ignited by the spark plug 18 and burned.
  • Preignition means that the air-fuel mixture in the cylinder ignites before the normal ignition timing.
  • the air-fuel mixture in the cylinder before ignition by the spark plug 18 is performed. Says to ignite.
  • the whole principle of pre-ignition is not always clear, but for example, deposit (carbon) deposited on the wall of the combustion chamber may be peeled off, and the peeled piece may become a fire type and pre-ignition may occur. It is done.
  • Pre-ignition does not occur in all operation regions, but tends to occur in a specific operation region.
  • pre-ignition occurs in a region where the engine speed is low and the engine load is high (hereinafter referred to as “low rotation high load region”). there is a possibility.
  • the ECU 50 of the present embodiment can execute an operation capable of detecting the occurrence of pre-ignition in real time (hereinafter referred to as “pre-ignition detection operation”) based on the in-cylinder pressure detected by the in-cylinder pressure sensor 46. .
  • pre-ignition detection operation an operation capable of detecting the occurrence of pre-ignition in real time
  • the ECU 50 can calculate PV ⁇ as a calorific value index value, where P is the in-cylinder pressure detected by the in-cylinder pressure sensor 46, V is the in-cylinder volume, and ⁇ is the specific heat ratio of the in-cylinder gas. Note that the value of the in-cylinder volume V is a function of the crank angle ⁇ and is stored in the ECU 50 in advance.
  • the value of the specific heat ratio ⁇ is also stored in the ECU 50 in advance.
  • the value of PV ⁇ correlates with the amount of heat generated in the cylinder. When the air-fuel mixture by pre-ignition is ignited, the heat is generated in the cylinder, the value of PV kappa increases.
  • the ECU 50 repeatedly calculates the value of PV ⁇ for each unit crank angle or for each unit time during a period from a predetermined crank angle before the compression top dead center (TDC) to a predetermined crank angle ⁇ A before the ignition timing. .
  • TDC compression top dead center
  • ⁇ A predetermined crank angle
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a change in the value of PV ⁇ when preignition occurs. In the example illustrated in FIG. 2, it is determined that preignition has occurred at a position surrounded by a circle.
  • the occurrence of pre-ignition is determined by comparing the value of the in-cylinder pressure P itself detected by the in-cylinder pressure sensor 46 with a model in-cylinder pressure predicted from a physical model or the like.
  • a method is also conceivable.
  • the in-cylinder pressure rises due to compression even if pre-ignition has not occurred. Therefore, it is discriminated whether or not the in-cylinder pressure P detected by the in-cylinder pressure sensor 46 is affected by the pre-ignition. Is difficult. For this reason, in this method, it is difficult to detect the occurrence of preignition at an early stage (at the start of burning), and it is not possible to detect it accurately until the combustion of preignition has spread.
  • the calorific value index value such as PV ⁇ described above is maintained substantially constant before pre-ignition occurs, and increases rapidly from the moment when pre-ignition occurs. Therefore, in the present embodiment, by performing the preignition detection operation based on such a calorific value index value, the occurrence of preignition can be accurately detected at an early stage (at the start of burning).
  • the pre-ignition detecting operation of the present embodiment as the heating value index value, in place of the PV kappa, PV and kappa is a value obtained by differentiating the crank angle ⁇ d (PV ⁇ ) / d ⁇ may be used.
  • ECU50 by dividing the amount of change in PV kappa in variation of the crank angle theta, can be calculated d (PV ⁇ ) / d ⁇ . In this case, the ECU 50 repeatedly calculates the value of d (PV ⁇ ) / d ⁇ every unit crank angle or every unit time until the crank angle ⁇ A.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a change in the value of d (PV ⁇ ) / d ⁇ when preignition occurs. In the example illustrated in FIG. 3, it is determined that preignition has occurred at a position surrounded by a circle.
  • FIG. 4 is a graph showing the in-cylinder pressure in the compression stroke and the expansion stroke of the internal combustion engine 10.
  • A, B, and C respectively show examples (modes) of in-cylinder pressure when preignition occurs and combustion is performed.
  • the broken line indicates the in-cylinder pressure in the case of normal combustion, that is, in the case where combustion starts by ignition with the spark plug 18.
  • the ignition timing is after the compression top dead center. For this reason, in the case of normal combustion, after the compression top dead center is passed and the in-cylinder pressure starts to decrease, combustion starts and the in-cylinder pressure increases.
  • FIGS. 4A to 4C when the combustion starts by preignition and the air-fuel mixture burns earlier than originally intended, the in-cylinder pressure rises abnormally higher than in the case of normal combustion.
  • the cause of pre-ignition includes accidental events such as deposit peeling as described above. For this reason, there is some variation in the timing at which pre-ignition occurs.
  • A indicates an aspect in which the start of burning is the earliest
  • B indicates an aspect in which the start of burning is slower than A
  • C indicates an aspect in which the start of burning is further slower than B.
  • the in-cylinder pressure may increase beyond the design-guaranteed in-cylinder pressure of the internal combustion engine 10 as indicated by A to C in FIG. In this case, the internal combustion engine 10 may be damaged.
  • preignition suppression injection The fuel injection for suppressing the combustion of preignition in this way is hereinafter referred to as “preignition suppression injection”.
  • the ECU 50 of the present system issues an injection instruction for pre-ignition suppression injection at a timing before the earliest crank angle at which pre-ignition can occur.
  • the predetermined crank angle ⁇ B at which the ECU 50 issues an injection instruction to the injector 20 is set to a crank angle before the crank angle ⁇ A at which the pre-ignition detection operation is terminated.
  • the crank angle ⁇ B is set to be in the vicinity of the time point that is earlier by the valve opening delay time of the injector 20 from the time point when the preignition A having the earliest start of combustion is the earliest. It is desirable.
  • the actual injection of the preignition suppression injection can be started in time for the preignition A in the form of the earliest start of combustion in time for the start of burning.
  • the flame can be reliably extinguished or attenuated at an early point. Accordingly, it is possible to prevent an abnormal increase in the in-cylinder pressure such as A to C in FIG. 4, and to reliably prevent the in-cylinder pressure from exceeding the design guarantee in-cylinder pressure.
  • the ECU 50 executes the preignition detection operation during the period up to the crank angle ⁇ A.
  • the crank angle ⁇ A is set to be a crank angle before the ignition timing or a crank angle before the crank angle at which the increase in in-cylinder pressure due to normal combustion starts.
  • the fuel injection of the preignition suppression injection is continuously performed for a predetermined time or a predetermined crank angle ⁇ C after the crank angle ⁇ A. .
  • the ECU 50 stops energization of the injector 20 at the time of the crank angle ⁇ A.
  • the pre-ignition suppression injection is terminated in the middle when the actual injection has already started, and is stopped in advance if the actual injection has not yet started. Become.
  • the pre-ignition like the mode C in which the start of burning is the slowest among pre-ignitions in which the in-cylinder pressure exceeds the design-guaranteed in-cylinder pressure. It is desirable to set it close to the time point that can be detected. As can be seen from FIG. 4, the pre-ignition tends to have a lower maximum in-cylinder pressure as the start time of burning is later. For this reason, preignition that is detected after the crank angle ⁇ A has been exceeded can be regarded as having no possibility that the in-cylinder pressure exceeds the design-guaranteed in-cylinder pressure without extinguishing the fire.
  • the in-cylinder pressure is maintained even if the pre-ignition suppression injection is terminated halfway or even if the pre-ignition suppression injection is stopped in advance. Design guaranteed cylinder pressure will not be exceeded and there is no problem.
  • the time of the crank angle ⁇ A is after the time when the fuel injection of the preignition suppression injection actually starts, that is, the time when the injector 20 opens.
  • the actual injection of the preignition suppression injection starts regardless of whether or not preignition occurs. If the occurrence of pre-ignition is not detected during the period up to the crank angle ⁇ A, the actual injection is terminated halfway. In this case, as compared with the case where preignition suppression injection is executed up to the crank angle ⁇ C that is the scheduled end point, the amount of fuel injected during the period ⁇ (from crank angle ⁇ A to crank angle ⁇ C) in FIG. , Can save fuel.
  • the pre-ignition suppression injection is continuously executed as planned until the crank angle ⁇ C only in the cycle in which the occurrence of the pre-ignition is detected in the period up to the crank angle ⁇ A.
  • the pre-ignition suppression injection is ended at the time of the crank angle ⁇ A before the crank angle ⁇ C that is the scheduled end time.
  • fuel efficiency can be reduced as compared to the case where the same amount of preignition suppression injection is performed every cycle. Moreover, since the deviation of the air-fuel ratio due to pre-ignition suppression injection can be suppressed, the emission can be reduced.
  • the time from the crank angle ⁇ B to the crank angle ⁇ A may be set to be equal to or shorter than the valve opening delay time of the injector 20.
  • FIG. 5 shows an example in which the time from the crank angle ⁇ B to the crank angle ⁇ A is equal to the valve opening delay time of the injector 20.
  • the actual injection has not yet started at the time of the crank angle ⁇ A. Absent.
  • the current injection can be stopped at the crank angle ⁇ A, so that the actual injection can be stopped beforehand. That is, it is not necessary to inject fuel for preignition suppression injection in a cycle in which the occurrence of preignition is not detected in the period up to the crank angle ⁇ A. For this reason, further reduction in fuel consumption and emission can be achieved.
  • FIG. 6 is a flowchart of a routine executed by the ECU 50 in the present embodiment in order to realize the above function.
  • This routine is executed every cycle of the internal combustion engine 10.
  • the ECU 50 stores a map of a predetermined low rotation / high load area where pre-ignition may occur.
  • this step 100 when the current engine speed and engine load are within the low rotation and high load range, it is determined that the driving state is likely to cause pre-ignition. Otherwise, it is determined that the driving state is not likely to cause pre-ignition.
  • step 100 If it is determined in step 100 that the driving state is not likely to cause pre-ignition, the processing of this routine is terminated as it is. In this case, preignition suppression injection is not performed. Thus, in this embodiment, since it is not an operation state in which preignition may occur, preignition suppression injection is not performed, so fuel efficiency can be reduced. Further, since the deviation of the air-fuel ratio due to pre-ignition suppression injection does not occur, the emission can be reduced.
  • step 100 if it is determined in step 100 that the operation state is likely to cause pre-ignition, an injection instruction is issued to the injector 20 at a predetermined crank angle ⁇ B within the compression stroke range. It is. Thereby, energization to the injector 20 is started from the crank angle ⁇ B.
  • the preignition detection operation described above is executed during the period up to the crank angle ⁇ A (step 104).
  • the fuel injection is continuously performed for a predetermined time or until the predetermined crank angle ⁇ C (step 106).
  • the energization of the injector 20 is prohibited at that time (step 108). That is, in this case, energization to the injector 20 is stopped at the time of the crank angle ⁇ A.
  • the pre-ignition detection operation of the present embodiment by detecting the pre-ignition based on the calorific index value such as PV kappa or d (PV ⁇ ) / d ⁇ , early occurrence of pre-ignition It can be detected with high accuracy (at the start of burning).
  • This has the following advantages. As shown in FIG. 4, in order to reliably prevent an abnormal increase in the in-cylinder pressure that exceeds the design guarantee in-cylinder pressure, not only pre-ignition as in aspect A and aspect B but also start of burning as in aspect C. Even in the case of a relatively slow pre-ignition, it is necessary to execute the pre-ignition suppression injection as scheduled. For this purpose, it is necessary to set the crank angle ⁇ A to a somewhat slow crank angle.
  • crank angle ⁇ A is a crank angle that is too early, the energization to the injector 20 is stopped before the preignition as in the aspect C is detected, and the preignition suppression injection is stopped. This is because an abnormal increase in in-cylinder pressure due to such pre-ignition may not be avoided.
  • the slower the set value of the crank angle ⁇ A the shorter the period from the crank angle ⁇ A to the crank angle ⁇ C.
  • the fuel reduction effect obtained when preignition suppression injection is stopped is proportional to the length of the period from the crank angle ⁇ A to the crank angle ⁇ C ( ⁇ in FIG. 4).
  • the slower the set value of the crank angle ⁇ A the greater the amount of fuel consumed in the preignition suppression injection, so the effects of lower fuel consumption and lower emissions are reduced. That is, from the viewpoint of increasing the effects of low fuel consumption and low emission, it is desirable to set the crank angle ⁇ A as fast as possible.
  • the timing at which the preignition can be detected as in the aspect C is late, so the set value of the crank angle ⁇ A must be delayed accordingly.
  • the occurrence of pre-ignition can be accurately detected at an early stage.
  • crank angle ⁇ A can be set as fast as possible. For this reason, it is possible to achieve both a higher level of reliably avoiding an abnormal increase in in-cylinder pressure exceeding the design-guaranteed in-cylinder pressure and reducing fuel consumption and emission.
  • the pre-ignition detection operation in the present invention is not limited to detecting pre-ignition based on the calorific value index value, and the pre-ignition is detected based on the value of the in-cylinder pressure P itself detected by the in-cylinder pressure sensor 46. It may be one that detects pre-ignition by detecting an ionic current flowing between the electrodes of the spark plug.
  • the present invention is not limited to a spark ignition internal combustion engine, for example, a premixed compression ignition internal combustion engine or a premixing engine.
  • the present invention can also be applied to an internal combustion engine that uses both compression ignition and spark ignition.
  • the ECU 50 executes the process of step 104, so that the “pre-ignition detection means” in the first invention executes the process of step 102.
  • the “injection instructing means” in the invention executes the process of step 106, and the “injection control means” in the second invention executes the process of step 108, thereby “energizing” in the third invention.
  • the “cancellation means” implements the “possibility determination means” according to the sixth aspect of the present invention by executing the processing of step 100 described above.

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Abstract

　本発明は、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。　本発明の内燃機関の制御装置は、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、クランク角θAより前のクランク角θBのときに、インジェクタに対して出す噴射指示手段と、を備える。プレイグニション検出手段がクランク角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、上記噴射指示によって開始された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が望ましい。

Description

内燃機関の制御装置
　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、ＰＶκ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(ＰＶκ)/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ＰＶκ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(ＰＶκ)/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ＰＶκ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。ＰＶκ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、ＰＶκ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、ＰＶκ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ＰＶκ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ＰＶκ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ＰＶκ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、ＰＶκに代えて、ＰＶκをクランク角θで微分した値であるd(ＰＶκ)/dθを用いてもよい。ＥＣＵ５０は、ＰＶκ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(ＰＶκ)/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(ＰＶκ)/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(ＰＶκ)/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(ＰＶκ)/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(ＰＶκ)/dθを用いた場合には、ＰＶκ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、ＰＶκが上昇し始めるよりも早くにd(ＰＶκ)/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、ＰＶκの値にもズレが生ずる。このため、ＰＶκ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(ＰＶκ)/dθの値にはズレが生じにくい。このため、d(ＰＶκ)/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、ＰＶκまたはd(ＰＶκ)/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、ＰＶκ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(ＰＶκ)/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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