JP4873249B2 - 車両用エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用エンジンの制御装置に係り、特にイオン電流によって異常燃焼の発生を検出する車両用エンジンの制御装置に関する。

従来、火花点火式の内燃機関において、燃焼室内に存在するイオンを媒介として流れるイオン電流の検出に基づいて、プリイグニッションの発生の前兆状態を検出する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の内燃機関では、イオン電流のピーク発生時期を検出し、ピーク発生時期が所定の限界時期よりも進角している場合に、プリイグニッションが発生し易い状態であると判定し、その抑制制御を行うように構成されている。

特開２００６−４６１４０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の内燃機関では、点火前に筒内におけるプリイグニッションの発生とノッキングの発生とを区別して検出することができなかった。したがって、プリイグニッションとノッキングを区別して、それぞれの発生を抑制する制御を早期に行うことができなかった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、点火前に筒内における異常燃焼をプリイグニッションとノッキングの発生に区別して検出することができる車両用エンジンの制御装置を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために、本発明は、車両用エンジンの燃焼室のイオンに起因するイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、このイオン電流検出手段が検出したイオン電流に基づいて車両用エンジンの筒内での異常燃焼を判定する異常燃焼判定手段と、を備えた車両用エンジンの制御装置であって、異常燃焼判定手段は、ノッキング及びプリイグニッションの発生と点火前におけるイオン電流に基づいて算出される判定値との関係を表す第１閾値及び第２閾値を有しており、点火前におけるイオン電流に基づいて算出した判定値が、第１閾値未満のときに車両用エンジンの筒内で正常燃焼が起こっていると点火前に判定し、第１閾値以上で第２閾値未満のときに車両用エンジンの筒内でノッキングが発生していると点火前に判定し、第２閾値以上のときに車両用エンジンの筒内でプリイグニッションが発生していると点火前に判定することを特徴としている。
このように構成された本発明によれば、点火前に検出することができるイオン電流に基づいて算出した判定値の大きさにより、ノッキングの発生とプリイグニッションの発生とを識別して検出することができる。

また、本発明において好ましくは、さらにプリイグニッションを抑制するプリイグニッション抑制手段を備え、このプリイグニッション抑制手段は、異常燃焼判定手段がプリイグニッションの発生を判定したエンジンサイクルにおいて、筒内温度又は筒内圧縮比の低下によりプリイグニッションを抑制する。
このように構成された本発明によれば、プリイグニッションが検出されたとき、プリイグニッション抑制手段による筒内温度又は筒内圧縮比の低下により、同一エンジンサイクルでのプリイグニッションの拡大を抑制することができる。

また、本発明において好ましくは、プリイグニッション抑制手段は、異常燃焼判定手段がプリイグニッションの発生を判定したときに、燃料を筒内に直接噴射可能な筒内用燃料弁によって追加燃料を噴射する。
このように構成された本発明によれば、圧縮状態でプリイグニッションの発生が検出されたとしても、筒内用燃料噴射弁からの追加燃料噴射により筒内温度を低下させることができ、これによりプリイグニッションの拡大を抑制することが可能である。

また、本発明において好ましくは、プリイグニッション抑制手段は、異常燃焼判定手段がプリイグニッションの発生を判定したときに、電磁ＶＶＴによって吸排気弁の少なくとも一方を開放する。
このように構成された本発明によれば、圧縮状態でプリイグニッションが検出されたとしても、電磁ＶＶＴによって強制的に吸排気弁の少なくとも一方を開放することにより、筒内圧縮比を低下させることができ、これによりプリイグニッションの拡大を抑制することが可能である。

また、本発明において好ましくは、さらに、ノッキングを抑制するノッキング抑制手段を備え、このノッキング抑制手段は、異常燃焼判定手段がノッキングの発生を判定したエンジンサイクルにおいて、点火時期を遅角制御する。
このように構成された本発明によれば、ノッキングが検出されたときは、ノッキング抑制手段による点火時期の遅角化により、ノッキングの拡大を抑制することができる。

本発明の車両用エンジンの制御装置によれば、点火前に検出されたイオン電流によって、筒内における異常燃焼をプリイグニッションとノッキングの発生に区別して検出することができる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。先ず、図１乃至図８により、本発明の第１実施形態による車両用エンジンの制御装置を説明する。
図１は車両用エンジンの構成を表す図、図２は点火回路の構成図、図３及び図４はエンジン気筒内圧力及びイオン電流の変化を表すグラフ、図５は異常燃焼検出処理の説明図、図６は異常燃焼の閾値を表す図、図７は異常燃焼検出処理のフローチャート、図８は燃料噴射時期の説明図である。

まず、図１及び図２により本実施形態のエンジン１の概略構成を説明する。
エンジン１は、直列多気筒型の火花点火式直墳ガソリンエンジンである。エンジン１は、シリンダブロック２及びその上部に固定されたシリンダヘッド３からなるエンジン本体を有する。シリンダブロック２の上端面に開口するシリンダ４の上端は、シリンダヘッド３の下面により閉塞されている。
シリンダ４内にはピストン５が往復動可能に嵌挿されており、このピストン５の上面とシリンダヘッド３のペントルーフ型の下面（天井面）との間に燃焼室６が区画されている。一方、ピストン５の下方のクランクケース内には、クランク軸（図示せず）が配設され、コネクティングロッドによってピストン５と連結されている。

また、クランク角センサ２６が、エンジン１のシリンダブロック２下部のクランクケース内に設けられている。クランク角センサ２６は、クランク軸の回転角（クランク角）を検出するものであり、クランク軸の端部に一体回転するように取付けられたロータ２７の回転に伴い、その外周部に設けられた凸部の通過に対応して信号を出力する電磁ピックアップコイル等から構成されている。

また、冷却水の温度状態を検出する水温センサ２８が、シリンダブロック２のウォータジャケット（図示せず）に臨設されている。さらに、エンジンオイル温度センサ２９が、取付けられている。

点火プラグ７は、各シリンダ４に対応して複数設けられており、点火プラグ７の先端電極が各燃焼室６内に臨むようにシリンダヘッド３に取付けられている。また、点火プラグ７は、それぞれ点火回路８に接続されている。
本実施形態では、点火回路８は、各点火プラグ７にそれぞれ対応して複数設けられているが、これに限らず、複数の点火プラグ７に対応して１つ又は複数設ける構成としてもよい。

図２に示すように、点火回路８は、パワートランジスタからなるイグナイタ８ａと、一次巻線及び二次巻線からなる点火コイル８ｂと、点火コイル８ｂに接続されたコンデンサ８ｃと、さらにコンデンサ８ｃと接地電位との間に接続されたイオン電流検出回路８ｄとを有している。イオン電流検出回路８ｄは、本発明のイオン電流検出手段に相当する。
各シリンダ４に対応する点火回路８は、ＰＣＭ３０から、点火プラグ７を点火放電させるための制御信号を受けている間、イグナイタ８ａをＯＮにし、これにより点火コイル８ｂに通電する。そして、点火回路８は、所定の通電時間経過後、制御信号を受けなくなるとイグナイタ８ａがＯＦＦとなり、これにより点火コイル８ｂの二次巻線から点火放電電流が流れ、点火プラグ７を点火放電させる。

また、点火回路８では、この点火放電によってコンデンサ８ｃが充電される。イオン電流検出回路８ｄは、コンデンサ８ｃの充電電荷が放電することにより流れる電流を、イオン電流として検出する。そして、点火回路８は、イオン電流の検出信号をＰＣＭ３０へ出力する。

また、シリンダヘッド３には、各燃焼室６に連通する２つの吸気ポート９及び２つの排気ポート１０が形成されている。そして、吸気ポート９及び排気ポート１０のポート開口部には、電磁式の可変バルブタイミング機構１３ａ，１３ｂ（以下「電磁ＶＶＴ（Variable Valve Timing）」という）によって所定タイミングで独立に開閉動作が行われる吸排気バルブ（吸気弁１１及び排気弁１２）が配設されている。

したがって、吸気弁１１及び排気弁１２は、クランク軸と機械的に連繋されておらず、クランク軸の回転位置にかかわらず、吸気側の電磁ＶＶＴ１３ａ及び排気側の電磁ＶＶＴ１３ｂの作動状態変更によって開閉される。すなわち、電磁ＶＶＴ１３ａ，１３ｂが消磁されると、吸気弁１１，排気弁１２はそれぞれリターンスプリング（図示せず）によって閉弁され、電磁ＶＶＴ１３ａ，１３ｂが励磁されると、吸気弁１１，排気弁１２はそれぞれリターンスプリングに抗して開弁される。

吸気弁１１及び排気弁１２は、電磁ＶＶＴ１３ａ，１３ｂによって、開閉動作タイミングが進角側及び遅角側に変更可能となっており、これによりオーバーラップ期間が変化し、燃焼室６に残留する既燃ガス（以下「内部ＥＧＲ」という）の量を変化させることができる。

シリンダヘッド３の吸気側には、吸気ポート９に連通する吸気通路（吸気マニホールド）１５が配設されている。吸気通路１５は、各シリンダ４に向けて分岐する分岐通路と、この分岐通路からさらに各シリンダ４の２つの吸気ポート９に向けて二股に分岐する二股通路を有している。二股通路のうち一方には、燃焼室６内の吸気流動の強さを調整するタンブルスワールコントロール弁（以下「ＴＳＣＶ」という）１４が設けられている。

また、吸気通路１５には、その上流端とＴＳＣＶ弁１４との間に、上流側からエアクリーナ１６と、吸気流量を検出するエアフローセンサ１７と、電動モータ１８ａにより駆動されて吸気通路１５を絞るスロットル弁１８とが配設されている。また、吸気通路１５には、エアクリーナ１６付近に吸気温度センサ２３が設けられている。
さらに、シリンダヘッド３には、各シリンダ４に対応して、燃料を各燃焼室６内に直接噴射供給する複数のインジェクタ（筒内用燃料弁）１９が設けられている。

また、シリンダヘッド３の排気側には、各燃焼室６から既燃ガス（排気ガス）を排出するための排気通路（排気マニホールド）２０が、排気ポート１０に連通して配設されている。排気通路２０は、吸気通路１５と同様に、分岐通路及び二股通路を有しており、各二股通路がそれぞれ排気ポート１０に接続されている。
この排気通路２０には、上流側から排気ガス中の酸素濃度を基に混合気の空燃比を検出するための酸素濃度センサ（以下「Ｏ₂センサ」という）２１と、排気ガスを浄化するための触媒コンバータ２２とが配設されている。

また、排気通路２０には、Ｏ₂センサ２１よりも上流側に排気還流通路２４（以下「ＥＧＲ通路」という）の一端が分岐接続されている。このＥＧＲ通路２４の他端は、スロットル弁１８よりも下流側で吸気通路１５に連通されている。このＥＧＲ通路２４には開度調節可能な電気式の流量制御弁２５（以下「ＥＧＲ弁」という）が配設されており、ＥＧＲ弁２５によってＥＧＲ通路２４を還流される排気ガス（以下「外部ＥＧＲ」という）の流量を調節することができるようになっている。

ＰＣＭ（Power-train Control Module）３０は、周知の如くＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェース回路等を備えて構成されている。ＰＣＭ３０には、エアフローセンサ１７、Ｏ₂センサ２１、クランク角センサ２６、水温センサ２８、エンジンオイル温度センサ２９、吸気温度センサ２３、アクセルペダルの操作量を検出するアクセル開度センサ３２、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ３３、点火回路８等の出力信号が入力される。

そして、ＰＣＭ３０は、上記センサ等の出力信号に基づいてエンジン１の運転状態を判定し、これに応じてエンジン１の運転制御を行うようになっている。すなわち、ＰＣＭ３０は、内部ＥＧＲの量を変更するために電磁ＶＶＴ１３ａ，１３ｂに対し吸気弁１１，排気弁１２の作動タイミングを制御するための信号を出力し、スロットル弁１８に対し吸気流量を制御するための信号を出力し、各シリンダ４のＴＳＣＶ１４に対し燃焼室６内の吸気流動の強さを制御するための信号を出力し、各シリンダ４のインジェクタ１９に対し燃料噴射量及び噴射時期を制御するためのパルス信号を出力し、ＥＧＲ弁２５に対しＥＧＲ通路２４によって吸気系に環流する排気ガス（外部ＥＧＲ）の量を制御するための信号を出力し、点火回路８に対し所定タイミングで点火プラグ７を点火放電させるための制御信号を出力する。

また、ＰＣＭ３０は、後述するように、点火回路８からのイオン電流検出信号により、エンジン１でのプリイグニッション及びノッキングの発生及びその大きさを判定する。そして、ＰＣＭ３０は、プリイグニッション及びノッキングの発生が検出されると、検出したプリイグニッション及びノッキングの大きさに基づき、プリイグニッション抑制制御及びノッキング抑制制御を行う。ＰＣＭ３０は、本発明の異常燃焼判定手段に相当する。

プリイグニッション抑制制御は、具体的にはプリイグニッションの発生を判定した後に、例えば、インジェクタ１９により燃料を筒内に追加噴射して筒内温度を低下させる制御や、電磁ＶＶＴ１３ａ，１３ｂによる吸気弁１１及び排気弁１２の少なくとも一方の開放動作により内部ＥＧＲ量を減少させて筒内圧縮比を低下させる制御である。ＰＣＭ３０及びインジェクタ１９、ＶＶＴ１３ａ，１３ｂは、本発明のプリイグニッション抑制手段に相当する。
また、ノッキング抑制制御は、具体的にはノッキングの発生を判定した後に、点火回路８により点火時期を遅角する制御である。ＰＣＭ３０及び点火回路８は、本発明のノッキング抑制手段に相当する。

次に、図３乃至図６により、本実施形態の異常燃焼（プリイグニッション及びノッキング）の検出の概要を説明する。
まず、図３に基づいて、本実施形態のプリイグニッション検出の概要について説明する。図３は、圧縮行程及び膨張行程における燃焼室内圧力のクランク角に対する変化の概要（同図（Ａ））とイオン電流のクランク角に対する変化の概要（同図（Ｂ））を示している。
図３及び以降の同様のグラフでは、一点鎖線が正常燃焼時の変化、実線が異常燃焼時の変化を表す。

図３（Ａ）の一点鎖線で示すように、正常燃焼時、シリンダ４内の圧力は、クランク角の進角に伴い圧縮行程で徐々に高まり、上死点（ＴＤＣ）付近でピーク（極大値）となる。本実施形態のエンジン１は、高圧縮比タイプのエンジンであり、上死点後に点火プラグ７が点火放電されるように設定期間が設定されている。この設定期間は、エンジン１の運転状態により予め決定される。この点火放電により、燃焼室６内の混合気が燃焼及び膨張して筒内圧力が高まり、再びピークとなり、その後徐々に筒内圧力が減少していく。

また、図３（Ｂ）の一点鎖線で示すように、正常燃焼時、イオン電流は、点火放電が開始されるまでは所定の傾きで増加していき、点火放電後にピークとなる。
なお、本実施形態の構成では、点火プラグ７を用いてイオン電流を検出しており、点火放電中はイオン電流に点火放電電流が載るのでイオン電流のみを検出することはできない。しかしながら、図３を含めて以降のイオン電流の変化を表すグラフでは、理解の容易のため、イオン電流のみを図示している。

一方、図３（Ａ）の実線で示すように、プリイグニッションが発生すると、前炎反応により、筒内圧力は上死点前から正常燃焼時よりも大きな変化率で増加する。そして、上死点後、筒内圧力は、点火放電開始前から急速に上昇していき、正常燃焼時よりも早期に且つ大きなピークとなり、その後徐々に減少する。
また、図３（Ｂ）の実線で示すように、プリイグニッション発生時には、前炎反応により、イオン電流は上死点前（点火放電開始前）から正常燃焼時よりも大きな変化率で増加する。そして、イオン電流は、上死点後に正常燃焼時よりも早期に且つ大きなピークとなり、その後徐々に減少する。

このように、プリイグニッション発生時は、正常燃焼時と比較するとイオン電流の変化に相違が生じる。すなわち、プリイグニッション発生時の方が正常燃焼時よりも点火放電開始前のイオン電流の増加率が大きくなる。本実施形態では、この点火放電開始前のイオン電流の増加率の大きさに基づいてプリイグニッションの発生を判定するようになっている。

次いで、図４に基づいて、本実施形態のノッキング検出の概要について説明する。図４は、圧縮行程及び膨張行程における燃焼室内圧力のクランク角に対する変化の概要（同図（Ａ））及びイオン電流のクランク角に対する変化の概要（同図（Ｂ））を示している。図４の一点鎖線で示す正常燃焼時の変化は、図３のものと同様である。

図４（Ａ）の実線で示すように、ノッキングが発生すると、前炎反応により、筒内圧力は上死点前から正常燃焼時よりも大きな増加率で上昇する。そして、上死点後、筒内圧力は、正常燃焼時と同様な変化にノッキングによる圧力変動が重畳したように変化する。
また、図４（Ｂ）の実線で示すように、ノッキング発生時には、前炎反応により、イオン電流は上死点前（点火放電開始前）から正常燃焼時よりも大きな増加率で上昇する。そして、筒内圧力変化と同様に、正常燃焼時と同様な変化にノッキングによるイオン電流の振動が重畳したように変化する。

ここで、プリイグニッション発生時とノッキング発生時におけるイオン電流の変化を比較すると、プリイグニッション発生時の方が、ノッキング発生時よりも、上死点前後（点火放電前）のイオン電流の増加率が大きいことが分かる。本実施形態では、上死点前後（点火放電前）の所定期間におけるイオン電流の増加率から、プリイグニッションの発生とノッキングの発生を識別し、これにより、その後のプリイグニッション又はノッキングの拡大を区別して防止するように構成されている。

図５に示すように、本実施形態では、ＰＣＭ３０は、点火放電前の所定クランク角の幅ｄθに対するイオン電流の増加量ｄＩから、判定値である増加率（＝ｄＩ／ｄθ）を算出する。
また、ＰＣＭ３０は、図６に示すような正常燃焼，ノッキング及びプリイグニッションとイオン電流の増加率との関係を表すデータを記憶している。このデータは、予め実験等により設定されたものである。図６に示すように、増加率が第１閾値Ｔ₁未満の範囲のとき正常燃焼に設定され、増加率が第１閾値Ｔ₁以上で第２閾値Ｔ₂未満の範囲のときノッキング発生に設定され、増加率が第２閾値Ｔ₂以上の範囲のときプリイグニッション発生に設定されている。したがって、ＰＣＭ３０は、イオン電流の増加率がいずれの範囲にあるかを判定することにより、その後の燃焼状態が正常燃焼，ノッキング，プリイグニッションのいずれであるかを決定することができる。

燃焼状態を決定するための第１閾値Ｔ₁，第２閾値Ｔ₂は、実験等に基づいて、吸入空気量，吸気温度，エンジン回転数，ＥＧＲ導入量，空燃比，吸排気弁タイミング，エンジン水温等のパラメータのいずれか又はこれらのうちの複数の組み合わせの関数として定義されたものである。定性的には、吸入空気量が大きく、吸気温度が高く、エンジン回転数が低く、ＥＧＲ導入量が大きく、空燃比がリーン、吸排気弁タイミングに起因した圧縮比が大きく，エンジン水温が高いほど異常燃焼が起こり易い。したがって、ＰＣＭ３０は、後述するように、エンジンサイクル毎にセンサからこれらパラメータに関連する値を読み込み、これらパラメータ値に基づいて第１閾値Ｔ₁及び第２閾値Ｔ₂を決定する。

次に、図７により、本実施形態の異常燃焼抑制処理フローについて説明する。
図７は、ＰＣＭ３０の異常燃焼抑制処理のメインフローであり、エンジンサイクル毎に実行される。
まず、ＰＣＭ３０は、上述の各種パラメータ（エンジン回転数，吸入空気量等）を読み込む（ステップＳ１）。そして、ＰＣＭ３０は、まずこれらのパラメータに基づいて、燃料噴射量及び噴射時期等を設定する（ステップＳ２）。本実施形態では、図８に示すように、燃料の混合を良好とするため、吸気行程中の期間Ｆ１と圧縮行程中の期間Ｆ２に分割して燃料噴射時期が設定されるようになっている。

次いで、ＰＣＭ３０は、読み込んだパラメータ，及びエンジン回転数とエンジン負荷の対応関係を示すデータに基づいて、点火放電時期を設定する（ステップＳ３）。
次いで、ＰＣＭ３０は、点火放電前の所定クランク角範囲でイオン電流を検出・記憶し（ステップＳ４）、これに基づいてイオン電流の変化率（＝ｄＩ／ｄθ）を算出する（ステップＳ５）。そして、ＰＣＭ３０は、上記読み込んだパラメータに基づいて第１閾値Ｔ₁，第２閾値Ｔ₂を決定し、イオン電流の変化率が第１閾値Ｔ₁以上であるか否かを判定する（ステップＳ６）。

イオン電流の変化率が第１閾値Ｔ₁以上でない場合（ステップＳ６；Ｎｏ）、正常燃焼状態であるので処理を終了する。
一方、イオン電流の変化率が第１閾値Ｔ₁以上である場合（ステップＳ６；Ｙｅｓ）、さらにこの変化率が第２閾値Ｔ₂以上であるか否かを判定する（ステップＳ７）。

イオン電流の変化率が第２閾値Ｔ₂以上である場合（ステップＳ７；Ｙｅｓ）、ＰＣＭ３０は、筒内でプリイグニッションが発生しつつあると判定する（ステップＳ８）。このプリイグニッションの判定に基づいて、ＰＣＭ３０は、プリイグニッション抑制制御処理を行い（ステップＳ９）、処理を終了する。このプリイグニッション抑制制御処理では、イオン電流の変化率が大きいほど抑制量を大きくするように、追加燃料噴射時期及び噴射量が設定される。追加燃料噴射は、図８に示すように点火放電前の時期Ｆ３に行われ、これにより筒内温度を低下させて、プリイグニッションの拡大を抑制することができる。
なお、プリイグニッション抑制制御処理として、ＰＣＭ３０が点火放電前に電磁ＶＶＴ１３ａ，１３ｂの作動状態を変更して、筒内圧縮比を低下させるようにしてもよい。

一方、イオン電流の変化率が第２閾値Ｔ₂以上でない場合（ステップＳ７；Ｎｏ）、イオン電流の変化率は第１閾値Ｔ₁以上で第２閾値Ｔ₂未満であり、ＰＣＭ３０は、筒内でノッキングが発生しつつあると判定する（ステップＳ１０）。このノッキングの判定に基づいて、ＰＣＭ３０は、ノッキング抑制制御処理を行い（ステップＳ１１）、処理を終了する。このノッキング抑制制御処理では、イオン電流の変化率が大きいほど抑制量を大きくするように、点火放電時期をステップＳ３で設定された点火放電時期よりもリタード（遅角）する処理が行われる。これにより、ノッキングの拡大を抑制することができる。

このように、本実施形態では、点火放電前のイオン電流の増加率に基づいて、プリイグニッション及びノッキングの発生を区別して異常燃焼検出することができる。そして、プリイグニッションの発生が検出されたときには、プリイグニッション抑制制御処理が同じエンジンサイクル内で行われ、さらなるプリイグニッションの拡大を抑制することができる。また、ノッキングの発生が検出されたときには、ノッキング抑制制御処理が同じエンジンサイクル内で行われ、さらなるノッキングの拡大を抑制することができる。

なお、異常燃焼が検出されたエンジンサイクル以降でのプリイグニッション及びノッキングの発生を抑制するために、電磁ＶＶＴ１３ａ，１３ｂ、スロットル弁１８、ＥＧＲ弁２５，点火時期等の設定を変更してもよい。また、これら以外に、可変圧縮比を低下させるようにエンジン１を構成してもよい。

次に、図９及び図１０に基づいて、本発明の第２実施形態を説明する。
第１実施形態では、点火放電前のイオン電流の増加率によって異常燃焼を判定していたが、第２実施形態では、イオン電流の増加率ではなくイオン電流のピーク時期によって異常燃焼を判定する。
図９に示すように、本実施形態では、ＰＣＭ３０は、点火放電前のイオン電流のピーク（極大値）をイオン電流の変化から検出する。一点鎖線で示された正常燃焼時のイオン電流の変化では、クランク角Ｐ₁でピークが観測される。一方、実線で示された異常燃焼時のイオン電流の変化では、クランク角Ｐ₁よりも進角したクランク角Ｐ₂でピークが観測される。

本実施形態では、ＰＣＭ３０は、実験等に基づいてイオン電流のピーク発生時期（クランク角Ｐ₁）を上述のパラメータの関数で定義したデータを記憶している。クランク角Ｐ₁に対する検出したイオン電流のピーク発生時期（クランク角Ｐ₂）の進角度合（判定値）が、第１閾値Ｑ₁未満の範囲のとき正常燃焼に設定され、第１閾値Ｑ₁以上で第２閾値Ｑ₂未満の範囲のときノッキング発生に設定され、第２閾値Ｑ₂以上の範囲のときプリイグニッション発生に設定される。したがって、ＰＣＭ３０は、イオン電流のピーク発生時期がいずれの範囲にあるかを判定することにより、その後の燃焼状態が正常燃焼，ノッキング，プリイグニッションのいずれであるかを決定することができる。

燃焼状態を決定するための第１閾値Ｑ₁，第２閾値Ｑ₂は、第１実施形態と同様に、吸入空気量，吸気温度，エンジン回転数，ＥＧＲ導入量，空燃比，吸排気弁タイミング，エンジン水温等のパラメータのいずれか又はこれらのうちの複数の組み合わせの関数として定義される。したがって、ＰＣＭ３０は、エンジンサイクル毎にセンサからこれらパラメータに関連する値を読み込み、これらパラメータ値に基づいて第１閾値Ｑ₁及び第２閾値Ｑ₂を決定する。

次に、図１０により、第２実施形態の異常燃焼抑制処理フローについて説明する。
ステップＳ２１−Ｓ２４は、第１実施形態のステップＳ１−Ｓ４と同様であるので説明を省略する。
次いで、ＰＣＭ３０は、ステップＳ２４で検出したイオン電流の値からピーク値を算出し（ステップＳ２５）、さらに、このピーク値が発生したクランク角を算出する（ステップＳ２６）。
そして、ＰＣＭ３０は、そのときのエンジン運転状態で予想される正常燃焼時のピーク発生時期と、このエンジンサイクルで検出したイオン電流のピーク発生時期とから算出したピーク発生時期の進角度合（判定値）が、第１閾値Ｑ₁以上であるか否かを判定する（ステップＳ２７）。

イオン電流のピーク発生の進角度合が第１閾値Ｑ₁以上でない場合（ステップＳ２７；Ｎｏ）、正常燃焼状態であるので処理を終了する。
一方、イオン電流のピーク発生の進角度合が第１閾値Ｑ₁以上である場合（ステップＳ２７；Ｙｅｓ）、さらにこの進角度合が第２閾値Ｑ₂以上であるか否かを判定する（ステップＳ２８）。

イオン電流のピーク発生の進角度合が第２閾値Ｑ₂以上である場合（ステップＳ２８；Ｙｅｓ）、ＰＣＭ３０は、筒内でプリイグニッションが発生しつつあると判定する（ステップＳ２９）。このプリイグニッションの判定に基づいて、ＰＣＭ３０は、第１実施形態と同様のプリイグニッション抑制制御処理を行い（ステップＳ３０）、処理を終了する。
一方、イオン電流のピーク発生の進角度合が第２閾値Ｑ₂以上でない場合（ステップＳ２８；Ｎｏ）、イオン電流のピーク発生の進角度合は第１閾値Ｑ₁以上第２閾値Ｑ₂未満であり、ＰＣＭ３０は、筒内でノッキングが発生しつつあると判定する（ステップＳ３１）。このノッキングの判定に基づいて、ＰＣＭ３０は、第１実施形態と同様のノッキング抑制制御処理を行い（ステップＳ３２）、処理を終了する。

このように、本実施形態では、点火放電前のイオン電流のピーク発生の進角度合に基づいて、プリイグニッション及びノッキングの発生を区別して異常燃焼検出することができる。そして、プリイグニッションの発生が検出されたときには、プリイグニッション抑制制御処理が同じエンジンサイクル内で行われ、さらなるプリイグニッションの拡大を抑制することができる。また、ノッキングの発生が検出されたときには、ノッキング抑制制御処理が同じエンジンサイクル内で行われ、さらなるノッキングの拡大を抑制することができる。

なお、上記実施形態では、点火前のイオン電流の増加率又はピーク発生時期の進角度合のいずれかで異常燃焼を検出するように構成されていたが、これに限らず、これらの組み合わせにより異常燃焼を検出するように構成してもよい。
また、上記実施形態では、点火時期が上死点後に設定されたタイプのエンジン１であったが、これに限らず、点火時期が上死点前に設定されたタイプのエンジンであってもよい。

本発明の第１実施形態による車両用エンジンの構成を表す図である。 本発明の第１実施形態による点火回路の構成図である。 本発明の第１実施形態によるエンジン気筒内圧力及びイオン電流の変化を表すグラフである。 本発明の第１実施形態によるエンジン気筒内圧力及びイオン電流の変化を表すグラフである。 本発明の第１実施形態による異常燃焼検出処理の説明図である。 本発明の第１実施形態による異常燃焼の閾値を表す図である。 本発明の第１実施形態による異常燃焼検出処理のフローチャートである。 本発明の第１実施形態による燃料噴射時期の説明図である。 本発明の第２実施形態による異常燃焼検出処理の説明図である。 本発明の第２実施形態による異常燃焼検出処理のフローチャートである。

符号の説明

１ エンジン
２ シリンダブロック
３ シリンダヘッド
４ シリンダ
５ ピストン
６ 燃焼室
７ 点火プラグ
８ 点火回路
８ｄ イオン電流検出回路
９ 吸気ポート
１０ 排気ポート
１１ 吸気弁
１２ 排気弁
１３ａ，１３ｂ 可変バルブタイミング機構(電磁ＶＶＴ)
１５ 吸気通路
１７ エアフローセンサ
１８ スロットル弁
１９ インジェクタ
２０ 排気通路
２３ 吸気温度センサ
２４ 排気還流通路（ＥＧＲ通路）
２５ 流量制御弁（ＥＧＲ弁）
２６ クランク角センサ
３０ ＰＣＭ

Claims (5)

1. 車両用エンジンの燃焼室のイオンに起因するイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、
   このイオン電流検出手段が検出したイオン電流に基づいて車両用エンジンの筒内での異常燃焼を判定する異常燃焼判定手段と、を備えた車両用エンジンの制御装置であって、
   前記異常燃焼判定手段は、ノッキング及びプリイグニッションの発生と点火前におけるイオン電流に基づいて算出される判定値との関係を表す第１閾値及び第２閾値を有しており、点火前におけるイオン電流に基づいて算出した判定値が、前記第１閾値未満のときに車両用エンジンの筒内で正常燃焼が起こっていると点火前に判定し、前記第１閾値以上で前記第２閾値未満のときに車両用エンジンの筒内でノッキングが発生していると点火前に判定し、前記第２閾値以上のときに車両用エンジンの筒内でプリイグニッションが発生していると点火前に判定することを特徴とする車両用エンジンの制御装置。
2. さらに、プリイグニッションを抑制するプリイグニッション抑制手段を備え、
   このプリイグニッション抑制手段は、前記異常燃焼判定手段がプリイグニッションの発生を判定したエンジンサイクルにおいて、筒内温度又は筒内圧縮比の低下によりプリイグニッションを抑制することを特徴とする請求項１に記載の車両用エンジンの制御装置。
3. 前記プリイグニッション抑制手段は、前記異常燃焼判定手段がプリイグニッションの発生を判定したときに、燃料を筒内に直接噴射可能な筒内用燃料弁によって追加燃料を噴射することを特徴とする請求項２に記載の車両用エンジンの制御装置。
4. 前記プリイグニッション抑制手段は、前記異常燃焼判定手段がプリイグニッションの発生を判定したときに、電磁ＶＶＴによって吸排気弁の少なくとも一方を開放することを特徴とする請求項２に記載の車両用エンジンの制御装置。
5. さらに、ノッキングを抑制するノッキング抑制手段を備え、
   このノッキング抑制手段は、前記異常燃焼判定手段がノッキングの発生を判定したエンジンサイクルにおいて、点火時期を遅角制御することを特徴とする請求項１に記載の車両用エンジンの制御装置。

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