JP2011208540A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、内燃機関の制御装置に関し、異常燃焼により火炎伝搬不良が生じた場合であっても、排気系への未燃ガスの流入を抑制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。
【解決手段】燃焼行程中の所定クランク角における前記筒内圧センサの実測値に基づいて、筒内の実熱発生量を算出する。燃料噴射量に基づいて、筒内の理想熱発生量を取得する。前記実熱発生量が前記理想熱発生量の所定割合よりも低いか否かを判定する。前記実熱発生量が前記理想熱発生量の所定割合よりも低い場合に、排気行程前の下死点近傍において点火プラグに点火させる。
【選択図】図８

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、車両に搭載される内燃機関の制御を実行するのに好適な内燃機関の制御装置に関する。

従来、例えば特許文献１に開示されるように、筒内圧センサを備えた内燃機関が知られている。また、本公報には、筒内圧センサにより計測される筒内圧の実測値と、エンジン回転数・負荷に基づいて算出される筒内圧の推定値とを比較し、この比較値に基づいて異常燃焼が発生することを判定することが開示されている。

特開２００９−００２２４１号公報 特開２００７−１７０３４５号公報

ところで、異常燃焼により火炎伝搬不良が生じる場合がある。上記従来の内燃機関において、火炎伝搬不良が生じれば、排気系に未燃ガスが流入されることとなる。排気系に未燃ガスが流入されれば、触媒の過熱が生じ、排気エミッションが悪化する虞がある。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、異常燃焼により火炎伝搬不良が生じた場合であっても、排気系への未燃ガスの流入を抑制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、内燃機関の制御装置であって、
筒内圧を計測する筒内圧センサと、
燃焼行程中の所定クランク角における前記筒内圧センサの実測値に基づいて、筒内の実熱発生量を算出する実熱発生量算出手段と、
燃料噴射量に基づいて、筒内の理想熱発生量を取得する理想熱発生量取得手段と、
前記実熱発生量が前記理想熱発生量の所定割合よりも低いか否かを判定する熱発生量判定手段と、
前記実熱発生量が前記理想熱発生量の所定割合よりも低い場合に、排気行程前の下死点近傍において点火プラグに点火させる遅角点火手段と、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、
吸気管圧力に基づいて、点火プラグによる点火時期（以下、基準点火時期という）までに推移する筒内圧の推定値を算出する推定筒内圧算出手段と、
前記基準点火時期までの所定クランク角における前記筒内圧センサの実測値が、前記推定筒内圧算出手段により算出される推定値よりも所定値以上高い場合に、異常燃焼が発生すると判定する異常燃焼判定手段と、を更に備え、
前記遅角点火手段は、前記異常燃焼が発生すると判定された場合であって、前記実熱発生量が前記理想熱発生量の所定割合よりも低い場合に、排気行程前の下死点近傍において点火プラグに点火させること、を特徴とする。

また、第３の発明は、第２の発明において、
前記異常燃焼が発生すると判定された場合に、前記基準点火時期における点火プラグによる点火をカットする点火カット手段を更に備えること、を特徴とする。

また、第４の発明は、第２又は第３の発明において、
運転領域が異常燃焼発生領域であるか否かを判定する運転領域判定手段と、
前記異常燃焼発生領域である場合に、前記基準点火時期を遅角する基準点火時期遅角手段を更に備えること、を特徴とする。

また、第５の発明は、第３又は第４の発明において、
前記異常燃焼が発生すると判定されたクランク角と圧縮端温度とに基づいて、筒内圧の最大値を推定する最大筒内圧推定手段と、
前記筒内圧の最大値が、内燃機関の耐久性に関する設定値よりも大きいか否かを判定する耐久性判定手段と、を更に備え、
前記点火カット手段は、前記筒内圧の最大値が前記設定値よりも大きい場合であって、前記異常燃焼が発生すると判定された場合に、前記基準点火時期における点火プラグによる点火をカットすること、を特徴とする。

第１の発明によれば、実熱発生量が、理想熱発生量の所定割合よりも低い場合に、排気行程前の下死点近傍で点火プラグに点火させることができる。そのため、火炎伝搬不良により筒内に残留する未燃ガスを燃焼させることができる。その結果、排気系へ未燃ガスの流入を防止し、触媒の過熱を防止することができる。このため、本発明によれば、異常燃焼により火炎伝搬不良が生じた場合であっても、排気エミッションを好適に維持することができる。

第２の発明によれば、基準点火時期までの所定クランク角における筒内圧センサの実測値が推定値よりも所定値以上高い場合に、異常燃焼が発生すると判定することができる。そのため、異常燃焼が発生することを未然に判定でき、現サイクルの当該気筒において異常燃焼に対する制御を実施することが可能となる。

第３の発明によれば、異常燃焼が発生すると判定された場合に、基準点火時期における点火プラグによる点火をカットすることができる。異常燃焼による点火エネルギーを火炎形成のエネルギーとして使用させて、筒内圧の過剰な上昇を抑制することができる。そのため、エンジンの耐久性を維持することができる。

第４の発明によれば、異常燃焼発生領域において基準点火時期を遅角する。そのため、異常燃焼を判定できる終期を遅らせることができる。その結果、基準点火時期前に異常燃焼を判定できる範囲が広がり、圧縮上死点近傍で生じる異常燃焼も精度高く判定することができる。

第５の発明によれば、異常燃焼が発生すると判定された場合であっても、推定される筒内圧の最大値が設定値以下の場合には、点火カットを行わない。そのため、エンジンの耐久性が確保されている状況において、未燃ガスによる触媒の過熱やドライバビリティの悪化を抑制することができる。一方、筒内圧の最大値が設定値よりも大きい場合には、点火カットを実施する。そのため、エンジンの破損を防止することができる。このため、本発明によれば、エンジンの破損を防止しつつ、未燃ガスによる触媒の過熱やドライバビリティの悪化を最小限に抑えることができる。

本発明の実施の形態１に係るシステム構成を説明するための図である。 正常燃焼サイクルにおいて（１）式に基づいて算出される筒内圧の推定値と、筒内圧センサ１３により計測される実測値との関係を説明するための図である。 正常燃焼サイクルにおいて（１）式に基づいて算出される筒内圧の推定値に対する、筒内圧センサ１３により計測される実測値の乖離率を説明するための図である。 正常燃焼時と異常燃焼時とにおける筒内圧の推定値に対する実測値の圧力乖離量を説明するための図である。 ピストン冠面の外縁部において、プレイグニッションが発生し、その後、点火プラグ１４により火花点火される状況を表した概念図である。 点火カット時の筒内圧の変化を示す図である。 正常燃焼サイクルにおける燃焼割合の変化を説明するための図である。 本発明の実施の形態１において、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態２において、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態２における制御で用いられるトルクと点火時期との関係を示した関係マップである。 熱発生位置と筒内圧の最大値との関係を示す図である。 本発明の実施の形態３において、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。 プレイグニッションによる筒内圧の変化を説明するための図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１に係るシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは内燃機関（以下、単にエンジンともいう。）１０を備えている。内燃機関１０は、車両等に搭載され、その動力源とされる。図１に示す内燃機関１０は、直列４気筒型であるが、本発明では、気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。

また、内燃機関１０は火花点火式の内燃機関である。内燃機関１０の各気筒には、燃料を筒内に直接噴射するインジェクタ１２と、筒内圧力（燃焼圧力）を検知するための筒内圧センサ１３と、点火プラグ１４とが取り付けられている。なお、本発明は、このような筒内噴射式の内燃機関に限らず、吸気ポート内に燃料を噴射するポート噴射式の内燃機関や、筒内噴射式とポート噴射式とを併用する内燃機関にも同様に適用可能である。

内燃機関１０の各気筒から排出される排気ガスは、排気マニホールド１６により集合されて排気通路１８に流入する。内燃機関１０は、排気ガスのエネルギーによって過給を行うターボ過給機２０を備えている。ターボ過給機２０は、排気ガスのエネルギーによって回転するタービン２０ａと、このタービン２０ａと一体的に連結され回転するコンプレッサ２０ｂとを備えている。タービン２０ａは、排気通路１８の途中に配置されており、コンプレッサ２０ｂは、吸気通路２２の途中に配置されている。

タービン２０ａの下流側の排気通路１８には、排気ガス中の有害成分を浄化するスタート触媒（Ｓ／Ｃ）２４が設置されている。スタート触媒２４は、排気ポートに近い位置に配置されているので始動から短時間のうちに暖機され、良好な排気浄化性能を発揮することができる。スタート触媒２４としては、例えば三元触媒が用いられる。

内燃機関１０の吸気通路２２の入口付近には、エアクリーナが設けられている。また、エアクリーナの下流近傍には、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ２６が取り付けられている。

コンプレッサ２０ｂの下流側の吸気通路２２には、コンプレッサ２０ｂにより圧縮された空気を冷却するインタークーラ２８が設置されている。インタークーラ２８の下流には、吸気通路２２を流れる空気量を調節するためのスロットルバルブ３０が配置されている。スロットルバルブ３０は、図示省略するスロットルモータにより駆動される電子制御式のバルブである。スロットルバルブ３０の下流には、サージタンク３２が配置されている。サージタンクには、吸気圧力（過給圧）を検出するための吸気圧力センサ３４が取り付けられている。

内燃機関１０は、排気ガスの一部を吸気通路２２に還流させるＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)を行うことが可能なＥＧＲ通路３６を備えている。ＥＧＲ通路３６は、タービン２０ａより上流側の排気通路１８と、コンプレッサ２０ｂより下流側の吸気通路２２とを連通するように構成されている。ＥＧＲ通路３６途中には、排気通路１８側から順に、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ３８と、外部ＥＧＲガス流量を調節するためのＥＧＲバルブ４０とが設けられている。

本実施形態のシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を更に備えている。ＥＣＵ５０の入力部には、上述した筒内圧センサ１３、エアフローメータ２６、吸気圧力センサ３４の他、エンジン回転数を検出するためのクランク角センサ４２、排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ４４、吸入空気の温度を検出するための吸気温度センサ４６等の内燃機関１０の運転状態を検出するための各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ５０の出力部には、上述したインジェクタ１２、点火プラグ１４、スロットルバルブ３０、ＥＧＲバルブ４０等の内燃機関１０の運転状態を制御するための各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ５０は、各種センサの出力に基づき、所定のプログラムに従って各種アクチュエータを作動させることにより、内燃機関１０の運転状態を制御する。

［実施の形態１における特徴的制御］
ところで、上述したターボ過給機２０を備えたシステムでは、低回転高負荷域で突発的な異常燃焼、具体的にはプレイグニッションが発生する可能性がある。図１３は、プレイグニッションによる筒内圧の変化を説明するための図である。図１３の実験結果に示す通り、正常燃焼サイクルでは、筒内圧の最大値が７ＭＰａ程度であるのに対し、プレイグニッションが発生する異常燃焼サイクル（以下、プレイグニッション発生サイクルという。）では、筒内圧が最大２０ＭＰａに達する場合もある。また、プレイグニッション発生サイクルにおける筒内圧力変化は、正常燃焼サイクルに比して大きなばらつきを有する。

プレイグニッションの要因としては、オイル、燃焼室のデポジット・パティキュレート、ホットスポット、混合気の不均質、残留ガスの増加、Ａ／Ｆリーン等の様々な要因が考えられる。しかしながら、これらは経年劣化によるＥＧＲ通路３６やＥＧＲバルブ４０へのデポジット付着、ピストンリングの摩耗等、避けがたい要因に影響するため、異常燃焼の発生を０にする設計は極めて困難である。反面、異常燃焼発生した場合であっても、エンジンの耐久性を維持するため、ひいてはエンジンの破損を防止するための制御が必要とされる。特に、本実施形態のような過給エンジンにおいてはその必要性は高い。

そこで、本実施形態のシステムでは、点火プラグ１４による点火時期前に異常燃焼の発生を判定することとし、異常燃焼が発生すると判定された場合には、点火プラグ１４による点火を制御することとした。より具体的な制御の概要について、図２〜図７を用いて説明する。本明細書では、本実施形態のシステムの制御を第１〜第３の処理に分けて説明する。

（第１の処理）
まず、本実施形態のシステムにおける第１の処理について図２〜図４を用いて説明する。第１の処理は、点火プラグ１４による点火時期前に、現サイクルの当該気筒において異常燃焼が発生するか否かを判定するための異常燃焼判定処理である。

断熱圧縮時の状態式として（１）式が成立する。（１）式におけるＰは筒内圧力、Ｖは燃焼室容積、κはポリトロープ指数（例えば、κ＝１．３２）である。

ＰＶ^κ＝const ・・・（１）

図２は、正常燃焼サイクルにおいて（１）式に基づいて算出される筒内圧の推定値と、筒内圧センサ１３により計測される実測値との関係を説明するための図である。ここで、正常燃焼サイクルとは、筒内の混合気が、点火プラグ１４により火花点火されて、点火プラグ近傍から順次火炎伝搬し、好適に燃焼されたサイクルをいう。また、図３は、正常燃焼サイクルにおいて（１）式に基づいて算出される筒内圧の推定値に対する、筒内圧センサ１３により計測される実測値の乖離率を説明するための図である。なお、本実施形態において、点火プラグ１４による基準点火時期は、圧縮行程の上死点（ＴＤＣ：Top Dead Center）であるとする。この基準点火時期の設定は、説明容易のためであり、これに限定されるものではない。

図２における筒内圧の推定値は、吸気行程の下死点（ＢＤＣ：Bottom Dead Center）での筒内圧Ｐ_０を吸気管圧力と仮定し、筒内圧Ｐ_０、下死点における燃焼室容積Ｖ_０及び（１）式に基づいてクランク角毎に算出される。図２に示す通り、正常燃焼サイクルにおいて、吸気行程の下死点から基準点火時期までの筒内圧の実測値は推定値と略同等である。詳細には、図３に示す通り、正常燃焼サイクルにおいて、筒内圧の推定値に対する実測値の乖離率は３％以内と高精度である。

一方、異常燃焼サイクルであるプレイグニッション発生サイクルにおいては、筒内圧の推定値に対する実測値は、図４に示すように大きく乖離する。図４は、正常燃焼時と異常燃焼時とにおける筒内圧の推定値に対する実測値の圧力乖離量を説明するための図である。図４に示す通り、異常燃焼時には、基準点火時期前において推定値に対して実測値が大幅に高まり乖離する。ここで、異常燃焼が生じる区間（以下、異常燃焼判定区間という。）は、基準点火時期の直前区間であり、例えば、圧縮上死点前（ＢＴＤＣ：Before Top Dead Center）２０ｄｅｇ以内である。異常燃焼判定区間における、筒内圧の推定値に対する実測値との圧力乖離率は、図３に示す通り３％以内と高精度であるため、推定値よりも実測値が高くなり、その乖離率が所定の閾値よりも大きい場合には、プレイグニッションによる異常燃焼が発生したと判定することとする。なお、本実施形態において、異常燃焼判定区間は、圧縮上死点前２０ｄｅｇから基準点火時期までとする。

そこで、本実施形態の第１の処理では、（１）式に基づいて算出される筒内圧の推定値と、筒内圧センサ１３により計測される実測値とを比較し、基準点火時期前に推定値よりも実測値が高くなり、推定値に対する実測値の乖離率が所定の閾値よりも大きくなった場合には、現サイクルの当該気筒において、プレイグニッションによる異常燃焼が発生すると判定することとした。

第１の処理によれば、簡易な筒内圧推定を用いて、点火プラグによる点火前に、異常燃焼が発生することを予測することができる。そのため、現サイクルの当該気筒において、後述する第２〜第３の処理を好適に実施することが可能となる。また、異常燃焼判定区間を、圧縮上死点前２０ｄｅｇから基準点火時期までとすることで、ＥＣＵ５０の処理量を低減することができる。

（第２の処理）
次に、本実施形態のシステムにおける第２の処理について図５〜図６を用いて説明する。第２の処理は、点火プラグ１４の火種以外で着火する異常燃焼が生じた場合に、エンジンの破損を防止するために実施される異常燃焼発生後の処理である。

図５は、ピストン冠面の外縁部において、プレイグニッションが発生し、その後、点火プラグ１４により火花点火される状況を表した概念図である。プレイグニッションによる着火後、さらに基準点火時期において火花点火による着火がされれば、既に着火されているにも関わらず、火花点火エネルギーが余分に与えられることとなる。余分な点火エネルギーが与えられることで、複数箇所で急速な火炎伝搬が生じることとなる。その結果、筒内圧が大きく上昇するため、エンジンの耐久性を悪化させる原因となる。

そこで、本実施形態の第２の処理では、上述の第１の処理により基準点火時期前に異常燃焼が発生すると判定された場合には、現サイクルの当該気筒において、点火プラグ１４による火花点火をカットすることとした。

第２の処理によれば、プレイグニッション発生時には、点火プラグによる火花点火をカットすることで、余分なエネルギーを投入することなく、プレイグニッションによる着火を火炎形成のためのエネルギーとすることができる。図６は、点火カット時の筒内圧の変化を示す図である。図６に示すように、点火カットを実施することにより、複数箇所での急速な燃焼を回避しつつ、筒内圧の過度な上昇を抑制することができる。そのため、エンジンの破損を防止することができる。

（第３の処理）
続いて、本実施形態のシステムにおける第３の処理について図７を用いて説明する。第３の処理は、点火プラグ１４の火種以外で着火する異常燃焼が生じた場合に、エンジンの破損を防止しつつ、スタート触媒２４の過熱（ＯＴ）を抑制するために実施される異常燃焼発生後の処理である。

図７は、正常燃焼サイクルにおける燃焼割合の変化を説明するための図である。実線６０は、筒内圧の変化を表す線である。実線６２は、混合気が正常に燃焼される場合の燃焼割合の変化を表す線である。実線６２に表されるように、混合気は、基準点火時期において着火後、圧縮行程の上死点後（ＡＴＤＣ：After Top Dead Center）９０ｄｅｇまでに、ほぼ完全に燃焼される。一方、火炎伝搬不良が生じた場合には、筒内に未燃ガスが残ることとなる。この未燃ガスが、排気通路１８に流入すれば、スタート触媒２４の過熱の原因となる。特に、第２の処理を用いて点火カットを実施する場合には、筒内圧の上昇を抑制できる反面、点火エネルギーの不足により火炎伝搬不良が生じ易く、未燃ガスが残る可能性が高くなる。そのため、第２の処理を用いる場合には、特にスタート触媒２４の過熱が懸念される。

そこで、本実施形態の第３の処理では、上述の第１の処理により基準点火時期前に異常燃焼が発生すると判定された場合であって、燃焼行程中の所定クランク角における筒内圧センサ１３の実測値に基づく筒内の実熱発生量が、燃料噴射量に基づく筒内の理想熱発生量の所定割合よりも低い場合には、燃焼行程の下死点近傍で点火プラグ１４による火花点火を実施することとした。

第３の処理によれば、異常燃焼発生時に生じる火炎伝搬不良による燃焼割合の低下を検出し、未燃ガスへの再点火を実施することができる。そのため、未燃ガスが排気通路１８に流入し、スタート触媒２４の床温が過熱されることを未然に防止することができる。特に、第２の処理と併用することにより、筒内圧の上昇を抑制しつつ、スタート触媒の過熱も防止することができるため、エンジンの破損を効果的に防止することができる。

（制御ルーチン）
図８は、上述の動作を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。本ルーチンは、サイクル毎、気筒毎に実施される。図８に示すルーチンでは、まず、ステップ１００において、プレイグニッションによる異常燃焼が発生するか否かを判定する。

この異常燃焼判定処理として、上述した第１の処理が用いられる。具体的には、まず、筒内圧センサ１３により吸気行程下死点での筒内圧Ｐ_０が吸気管圧力として取得される。ＥＣＵ５０には、クランク角と燃焼室容積Ｖとの関係マップが予め記憶されている。そして、下死点における燃焼室容積Ｖ_０と、上述の筒内圧Ｐ_０及び（１）式に基づいて、現在のクランク角における推定筒内圧Ｐｅが逐次算出される。また、筒内圧センサ１３により実筒内圧Ｐｒが逐次検出される。そして、基準点火時期前に推定筒内圧Ｐｅよりも実筒内圧Ｐｒが高くなり、推定筒内圧Ｐｅに対する実筒内圧Ｐｒの乖離率が所定の閾値αよりも大きくなった場合には、現サイクルの当該気筒において、プレイグニッションが発生すると判定する。閾値αとしては、例えば３σが用いられる。σは負荷毎に定めた圧力ばらつきに関する適合値である。なお、異常燃焼判定処理を実施する区間は、圧縮上死点前２０ｄｅｇから基準点火時期までとする。

ステップ１００においてプレイグニッションが発生すると判定された場合には、次に、ステップ１１０において、上述した第２の処理が行われる。具体的には、ＥＣＵ５０は、現サイクルの当該気筒において、点火プラグ１４による火花点火をカットする。

その後、ステップ１２０〜ステップ１５０において、上述した第３の処理が行われる。まず、ステップ１２０において、燃料噴射量に応じた筒内の理想熱発生量が算出される。具体的には、ＥＣＵ５０には、燃料噴射量と、当該燃料噴射量が完全燃焼した場合の理想熱発生量との関係を運転条件毎に実験等により定めた関係マップが記憶されている。この関係マップから燃料噴射量に応じた理想熱発生量が算出される。なお、燃料噴射量はインジェクタ１２への制御値から算出される。

ステップ１３０において、燃焼行程中の所定クランク角における実筒内圧Ｐｒに応じた筒内の実熱発生量が算出される。具体的には、ＥＣＵ５０には、筒内圧と実熱発生量との関係を運転条件毎に実験等により定めた関係マップが記憶されている。この関係マップから、筒内圧センサ１３により計測された燃焼行程中の所定クランク角における実筒内圧Ｐｒに応じた実熱発生量が算出される。なお、燃焼行程中の所定クランク角としては、例えば、下死点前６０ｄｅｇが用いられる。発明者の知見によれば、下死点前６０ｄｅｇは、熱発生量の傾きが変化する交点となり、値として妥当である。

そして、ステップ１４０において、実熱発生量／理想熱発生量×１００が閾値β（％）よりも低いか否かが判定される。閾値βは、火炎伝搬不良を判定するための判定値である。閾値βとしては、閾値βは、図７の実線６０に示すように、およそ最大筒内圧における燃焼割合となるため、６０〜７０％が値として妥当である。

ステップ１４０における判定条件が成立する場合には、点火エネルギー不足により火炎伝搬不良が生じ、燃焼が悪化したと判断できる。そこで、ＥＣＵ５０は、ステップ１５０において、排気行程前の下死点近傍において、点火プラグ１４による火花点火を実施する。その後、本ルーチンの処理は終了される。なお、ステップ１００又はステップ１４０における判定条件が成立しない場合には、本ルーチンの処理は終了される。

以上説明したように、図８に示すルーチンによれば、プレイグニッションの発生を予測し、点火カットを実施することができる。そのため、異常燃焼が発生しても、点火エネルギーを抑制することができ、エンジンの破損を防ぐことができる。さらに、本ルーチンによれば、点火カットにより火炎伝搬不良が生じ、未燃ガスが残留する場合であっても、排気行程前に再点火させることができる。そのため、排気通路１８への未燃ガス流入によるスタート触媒２４の過熱を防止することができる。このため、本実施形態のシステムによれば、エンジン耐久性とエミッションの向上を図ることができる。

ところで、上述した実施の形態１のシステムにおいては、第３の処理を、第１の処理及び第２の処理と併用することとしているが、これに限定されるものではない。例えば、第３の処理単体、又は第１の処理及び第２の処理のいずれか一方と併用することとしても良い。なお、この点は以下の実施の形態でも同様である。

また、上述した実施の形態１のシステムにおいては、第１の処理における異常燃焼判定区間を、圧縮上死点前２０ｄｅｇから基準点火時期までとしているが、これに限定されるものではない。例えば、異常燃焼判定区間を、吸気行程の下死点から基準点火時期までとしてもよい。

尚、上述した実施の形態１においては、筒内圧センサ１３が前記第１の発明における「筒内圧センサ」に相当している。また、ここでは、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１００の処理を実行することにより前記第２の発明における「推定筒内圧算出手段」及び「異常燃焼判定手段」が、上記ステップ１１０の処理を実行することにより前記第３の発明における「点火カット手段」が、上記ステップ１２０の処理を実行することにより前記第１の発明における「理想熱発生量取得手段」が、上記ステップ１３０の処理を実行することにより前記第１の発明における「実熱発生量算出手段」が、上記ステップ１４０の処理を実行することにより前記第１の発明における「熱発生量判定手段」が、上記ステップ１５０の処理を実行することにより前記第１の発明における「遅角点火手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態２．
［実施の形態２のシステム構成］
次に、図９〜図１０を参照して本発明の実施の形態２について説明する。本実施形態のシステムは図１に示す構成において、ＥＣＵ５０に後述する図９のルーチンを実施させることで実現することができる。

［実施の形態２における特徴的制御］
上述した実施の形態１では、第１の処理によりプレイグニッションの発生を点火プラグ１４による基準点火時期前に判定することができる。ところで、異常燃焼は様々な要因で発生する。例えば、オイル溜まり等による異常燃焼発生頻度上昇を考慮すると、異常燃焼が短時間に連続して発生する可能性がある。また、プレイグニッションだけでなく、点火プラグ１４による点火直後に大きなノッキングが発生する可能性も考えられる。具体的には、上述した図４に示すように、異常燃焼が発生すると判定される時期は、基準点火時期と非常に近接する場合がある。また、発明者の知見によれば、点火時期と交差する場合もある。このような異常燃焼は、低回転高負荷領域などの運転領域（異常燃焼発生領域）において顕著となる。

そこで、本実施形態のシステムでは、異常燃焼発生領域において基準点火時期を遅角することとした。

（制御ルーチン）
図９は、上述の機能を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。このルーチンは、ステップ１００の前に、ステップ２００の処理が追加されている点を除き、図８に示すルーチンと同様である。以下、図９において、図８に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。

図９に示すルーチンでは、ステップ２００において、まず、運転領域が異常燃焼発生領域であるか否かが判定される。例えば、運転領域が低回転高負荷である場合には、異常燃焼発生領域にあると判定される。異常燃焼発生領域は、内燃機関によって異なり実験等に基づく条件値がＥＣＵ５０に予め記憶されている。そして、異常燃焼発生領域であると判定された場合には、ＥＣＵ５０は、前記基準点火時期を遅角する。具体的には、ＥＣＵ５０は、図１０に示すトルクと点火時期との関係を示した関係マップを記憶している。この係マップから要求トルクを満たす範囲で基準点火時期の遅角量が算出される。

以上説明したように、図９に示すルーチンによれば、運転領域に応じて基本点火時期を遅角することで、異常燃焼を判定できる終期を遅くすることができる。そのため、基準点火時期前に異常燃焼を判定できる範囲が広がり、圧縮上死点近傍で生じる異常燃焼も精度高く判定することができる。また、上述した実施の形態１の第２の処理（点火カット制御）を確実性高く実施することができるため、エンジンの破損を防止することができる。

尚、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ２００の処理を実行することにより前記第４の発明における「運転領域判定手段」及び「基準点火時期遅角手段」が実現されている。

実施の形態３．
［実施の形態３のシステム構成］
次に、図１１〜図１２を参照して本発明の実施の形態３について説明する。本実施形態のシステムは図１に示す構成において、ＥＣＵ５０に後述する図１２のルーチンを実施させることで実現することができる。

［実施の形態３における特徴的構成］
上述した実施の形態１では、基準点火時期前に異常燃焼が発生すると判定された場合には、第２の処理により、点火プラグ１４による点火をカットする点火カット制御を実施し、エンジンの破損を防止することができる。しかしながら、点火カット制御を実施することによって、未燃ガスが発生したり、ドライバビリティが悪化したりする場合も考えられる。エンジンの破損を防止すると共に、これらの課題を解決できることがより望ましい。

次に、このような課題を解決する本実施形態の制御概要について図１１を用いて説明する。図１１は、熱発生位置と筒内圧の最大値との関係を示す図である。図１１に示すように、吸入空気量及び空燃比が一定であれば、筒内圧の最大値の感度は、熱発生位置（着火時期）に大きな感度がある。発明者の知見によれば、吸気温度と筒内空気量とに基づいて圧縮端温度を推定することで、この圧縮端温度と着火時期とから筒内圧の最大値を簡易に推定することが可能となることが分かった。

そこで、本実施の形態のシステムでは、まず、異常燃焼が発生すると判定された着火時期と圧縮端温度とから筒内圧の最大値を推定する。そして、推定された筒内圧の最大値が、エンジンの耐久性に関する設定値以下である場合には、上述の点火カット制御を実施しないこととした。一方、設定値よりも大きい場合には、上述の点火カット制御を実施することとした。

図１２は、上述の機能を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。このルーチンは、ステップ１００とステップ１１０との間に、ステップ３００〜ステップ３２０の処理が追加されている点を除き、図９に示すルーチンと同様である。以下、図１２において、図９に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。

図１２に示すルーチンでは、まず、ステップ３００において、異常燃焼が発生すると判定された際の着火時期と、圧縮端温度とを取得する。ここで、着火時期は、上述のステップ１００における異常判定時のクランク角である。圧縮端温度は、筒内吸気量と吸気温度に基づいて状態方程式から算出することができる。

次に、ステップ３１０において、現サイクルの当該気筒における最大筒内圧を推定する。具体的には、ＥＣＵ５０は、上述した図１２に示す熱発生位置（着火時期）と筒内圧の最大値との関係を示した関係マップを圧縮端温度毎に記憶している。ステップ３００で取得した圧縮端温度と着火時期を用いて、この関係マップから、現サイクルの当該気筒における最大筒内圧Ｐｍａｘを推定する。

続いて、ステップ３１０において推定した最大筒内圧Ｐｍａｘが、エンジンの設計要件（安全率を含む）によって定まる設定値よりも大きいか否かが判定される（ステップ３２０）。推定した最大筒内圧Ｐｍａｘが設定値よりも大きい場合には、点火カットを実施すべくステップ２００以降の処理を実施する。一方、この設定値よりも低い場合には、点火カットを実施せずに、本ルーチンの処理を終了する。

以上説明したように、図１２に示すルーチンによれば、異常燃焼が発生すると判定された場合であっても、推定した最大筒内圧Ｐｍａｘが設定値以下である場合には、点火カット制御を実施しない。そのため、異常燃焼が発生すると判定された場合であっても、エンジンの耐久性が十分に確保されている状況下においては、未燃ガスによる触媒の過熱やドライバビリティの悪化を抑制することができる。また、推定した最大筒内圧Ｐｍａｘが設定値よりも高い場合には、点火カット制御を確実に実施することができるため、エンジンの破損を防止することができる。このため、本実施形態のシステムによれば、エンジンの破損を防止しつつ、未燃ガスによる触媒の過熱やドライバビリティの悪化を最小限に抑えることができる。

尚、上述した実施の形態３においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ３１０の処理を実行することにより前記第５の発明における「最大筒内圧推定手段」が、上記ステップ３２０の処理を実行することにより前記第５の発明における「耐久性判定手段」が、それぞれ実現されている。

１０ 内燃機関
１２ インジェクタ
１３ 筒内圧センサ
１４ 点火プラグ
１８ 排気通路
２０ ターボ過給機
２２ 吸気通路
２４ スタート触媒
２６ エアフローメータ
３０ スロットルバルブ
３４ 吸気圧力センサ
４２ クランク角センサ
４４ 空燃比センサ
４６ 吸気温度センサ
５０ ＥＣＵ

Claims (5)

1. 筒内圧を計測する筒内圧センサと、
   燃焼行程中の所定クランク角における前記筒内圧センサの実測値に基づいて、筒内の実熱発生量を算出する実熱発生量算出手段と、
   燃料噴射量に基づいて、筒内の理想熱発生量を取得する理想熱発生量取得手段と、
   前記実熱発生量が前記理想熱発生量の所定割合よりも低いか否かを判定する熱発生量判定手段と、
   前記実熱発生量が前記理想熱発生量の所定割合よりも低い場合に、排気行程前の下死点近傍において点火プラグに点火させる遅角点火手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 吸気管圧力に基づいて、点火プラグによる点火時期（以下、基準点火時期という）までに推移する筒内圧の推定値を算出する推定筒内圧算出手段と、
   前記基準点火時期までの所定クランク角における前記筒内圧センサの実測値が、前記推定筒内圧算出手段により算出される推定値よりも所定値以上高い場合に、異常燃焼が発生すると判定する異常燃焼判定手段と、を更に備え、
   前記遅角点火手段は、前記異常燃焼が発生すると判定された場合であって、前記実熱発生量が前記理想熱発生量の所定割合よりも低い場合に、排気行程前の下死点近傍において点火プラグに点火させること、
   を特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記異常燃焼が発生すると判定された場合に、前記基準点火時期における点火プラグによる点火をカットする点火カット手段を更に備えること、
   を特徴とする請求項２記載の内燃機関の制御装置。
4. 運転領域が異常燃焼発生領域であるか否かを判定する運転領域判定手段と、
   前記異常燃焼発生領域である場合に、前記基準点火時期を遅角する基準点火時期遅角手段を更に備えること、を特徴とする請求項２又は３記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記異常燃焼が発生すると判定されたクランク角と圧縮端温度とに基づいて、筒内圧の最大値を推定する最大筒内圧推定手段と、
   前記筒内圧の最大値が、内燃機関の耐久性に関する設定値よりも大きいか否かを判定する耐久性判定手段と、を更に備え、
   前記点火カット手段は、前記筒内圧の最大値が前記設定値よりも大きい場合であって、前記異常燃焼が発生すると判定された場合に、前記基準点火時期における点火プラグによる点火をカットすること、
   を特徴とする請求項３又は４記載の内燃機関の制御装置。

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