内燃機関の制御装置
【課題】この発明は、プレイグニッションが発生した場合に、その発生要因に応じて適切な制御を実施することを目的とする。
【解決手段】ＥＣＵ４０は、プレイグニッション検出装置３６を備える。そして、プレイグニッションを検出した場合には、エンジン回転数に応じてプレイグニッションの発生要因が異なることを利用して、エンジン回転数に基いて個々の発生要因に応じた制御を実行する。即ち、低回転領域では、プレイグニッションの発生要因であるオイルの自着火を低減するための制御を実行する。中回転領域では、点火プラグ２４の電極部での熱面着火を低減するための制御を実行する。また、高回転領域では、点火プラグ２４のポケット内での熱面着火を低減するための制御を実行する。これらの制御により、各種の運転状態において、プレイグニッションを効果的に抑制することができる。
【解決手段】ＥＣＵ４０は、プレイグニッション検出装置３６を備える。そして、プレイグニッションを検出した場合には、エンジン回転数に応じてプレイグニッションの発生要因が異なることを利用して、エンジン回転数に基いて個々の発生要因に応じた制御を実行する。即ち、低回転領域では、プレイグニッションの発生要因であるオイルの自着火を低減するための制御を実行する。中回転領域では、点火プラグ２４の電極部での熱面着火を低減するための制御を実行する。また、高回転領域では、点火プラグ２４のポケット内での熱面着火を低減するための制御を実行する。これらの制御により、各種の運転状態において、プレイグニッションを効果的に抑制することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、プレイグニッションを検出する構成とした内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、例えば特許文献１（特開平１１−９３７５７号公報）に開示されているように、筒内の混合気が点火される前に自着火する現象（プレイグニッション）を検出する構成とした内燃機関の制御装置が知られている。従来技術では、ノッキングの発生に対処して点火時期を遅角したにも拘らず、ノッキングが解消されない場合に、この状態をプレイグニッションが発生したものとして検出する。そして、プレイグニッションが発生した気筒では、燃料噴射量や吸入空気量を減少させ、出力を低下させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−９３７５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した従来技術では、ノッキングの継続状態に基いてプレイグニッションが発生した気筒を検出し、当該気筒の出力を低下させる構成としている。しかしながら、プレイグニッションは各種の要因によって発生するものであり、発生要因を考慮しない一律の制御では、これを効率よく抑制するのが難しい。即ち、従来技術のように、単にプレイグニッションの有無を検出して出力を低下させるだけの方法では、十分な抑制効果が得られないという問題がある。
【０００５】
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、本発明の目的は、プレイグニッションが発生した場合に、その発生要因を推定し、発生要因に応じて適切な制御を実施することが可能な内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、内燃機関の機関回転数を取得する回転数取得手段と、
内燃機関の燃焼室内で発生するプレイグニッションを検出するプレイグニッション検出手段と、
前記プレイグニッション検出手段によりプレイグニッションが検出された場合に、前記機関回転数に基いてプレイグニッションの発生要因を推定する発生要因推定手段と、
プレイグニッションが検出された場合に、前記発生要因推定手段により推定した発生要因に基いて個々の発生要因に応じた制御を実行し、プレイグニッションを抑制するプレイグニッション抑制手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
第２の発明によると、前記発生要因推定手段は、プレイグニッションの発生要因がそれぞれ異なる領域として設定された複数の回転数領域を備え、前記機関回転数が何れの回転数領域に属するかを判定することにより前記発生要因を推定する構成としている。
【０００８】
第３の発明によると、前記プレイグニッション抑制手段は、前記発生要因推定手段により前記機関回転数が所定の低回転判定値以下であると判定された場合に、前記機関回転数を上昇させる低回転領域の回転数制御手段を備える構成としている。
【０００９】
第４の発明は、前記燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射手段を備え、
前記プレイグニッション抑制手段は、前記発生要因推定手段により前記機関回転数が所定の低回転判定値以下であると判定された場合に、前記燃料噴射手段により圧縮行程で燃料を噴射する圧縮行程燃料噴射手段を備える構成としている。
【００１０】
第５の発明によると、前記プレイグニッション抑制手段は、前記発生要因推定手段により前記機関回転数が所定の低回転判定値よりも高く、かつ所定の高回転判定値以下であると判定された場合に、前記機関回転数を上昇させる中回転領域の回転数制御手段を備える構成としている。
【００１１】
第６の発明は、前記燃焼室内に気流を発生させる気流発生手段を備え、
前記プレイグニッション抑制手段は、前記発生要因推定手段により前記機関回転数が所定の低回転判定値よりも高く、かつ所定の高回転判定値以下であると判定された場合に、前記気流発生手段により前記燃焼室内に気流を発生させる気流制御手段を備える構成としている。
【００１２】
第７の発明によると、前記プレイグニッション抑制手段は、前記発生要因推定手段により前記機関回転数が所定の高回転判定値よりも高いと判定された場合に、前記機関回転数を低下させる高回転領域の回転数制御手段を備える構成としている。
【００１３】
第８の発明によると、前記プレイグニッション抑制手段は、前記発生要因推定手段により前記機関回転数が所定の高回転判定値よりも高いと判定された場合に、燃料噴射量を増量させる噴射増量手段を備える構成としている。
【００１４】
第９の発明は、内燃機関の出力を一定とした状態でトルクと機関回転数との比率を調整することが可能な調整手段を備え、
前記回転数制御手段は、前記調整手段により一定の出力を維持しつつ前記機関回転数を変化させる構成としている。
【００１５】
第１０の発明は、プレイグニッションの発生履歴がある運転領域で再び運転が行われるのを回避するプレイグニッション再発回避手段を備える構成としている。
【００１６】
第１１の発明は、プレイグニッションが発生したことを報知する報知手段を備える構成としている。
【発明の効果】
【００１７】
第１の発明によれば、発生要因推定手段は、機関回転数に応じてプレイグニッションの発生要因が異なることを利用して、機関回転数に基いて発生要因を推定することができる。これにより、プレイグニッション抑制手段は、プレイグニッションの発生要因に対応して、これを抑制するための適切な制御を実行することができる。従って、各種の運転状態において、プレイグニッションを効果的に抑制することができる。
【００１８】
第２の発明によれば、発生要因推定手段は、機関回転数が何れの回転数領域に属するかを判定することにより、プレイグニッションの発生要因を推定することができる。
【００１９】
第３の発明によれば、低回転領域では、筒内に流入したオイルが点火前に自着火することにより、プレイグニッションが誘発されることが多い。これに対し、低回転領域の回転数制御手段は、機関回転数を上昇させることにより、オイルが筒内で反応する時間を短縮することができる。従って、筒内でのオイルの自着火を低減し、低回転領域でのプレイグニッションを効果的に抑制することができる。
【００２０】
第４の発明によれば、圧縮行程燃料噴射手段は、圧縮行程で筒内に燃料を直接噴射し、この噴射燃料により過熱したオイルの冷却（消火）を効率よく行うことができる。従って、低回転領域でのオイルの自着火を抑制することができる。
【００２１】
第５の発明によれば、中回転領域では、筒内の混合気が点火プラグの電極部に接触して熱面着火することにより、プレイグニッションが発生することが多い。これに対し、中回転領域の回転数制御手段は、機関回転数を上昇させることにより、筒内でのガス流動を強くしてプラグの電極温度を低下させることができる。従って、プラグ電極部での熱面着火を低減し、中回転領域でのプレイグニッションを効果的に抑制することができる。
【００２２】
第６の発明によれば、気流制御手段は、中回転領域で筒内に気流を発生させることにより、ガス流動を強化することができる。これにより、プラグの電極部を効率よく冷却し、混合気の熱面着火を抑制することができる。
【００２３】
第７の発明によれば、高回転領域では、点火プラグのポケット内で混合気が熱面着火し、プレイグニッションが発生することが多い。これに対し、高回転領域の回転数制御手段は、機関回転数を低下させることにより、点火プラグのポケット内の温度を低下させることができる。これにより、ポケット内での熱面着火を低減し、高回転領域でのプレイグニッションを効果的に抑制することができる。
【００２４】
第８の発明によれば、噴射増量手段は、高回転領域で燃料噴射量を増量させることができる。これにより、噴射燃料の冷却効果によって筒内のガス温度を低下させ、プラグのポケット内での熱面着火を抑制することができる。
【００２５】
第９の発明によれば、低回転領域、中回転領域及び高回転領域の回転数制御手段は、調整手段により一定の出力を維持しつつ、機関回転数を変化させることができる。これにより、内燃機関の出力を変化させずに機関回転数を上昇または低下させることができるので、プレイグニッションを抑制しながらも、運転性を確保することができる。
【００２６】
第１０の発明によれば、プレイグニッション再発回避手段は、過去にプレイグニッションの発生履歴がある運転領域を避けて運転を行うことができ、プレイグニッションの発生を未然に防止することができる。
【００２７】
第１１の発明によれば、報知手段は、車両の運転者等にプレイグニッションの発生を報知することができ、内燃機関の点検、修理等を促すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】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構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１に適用されるハイブリッド車のシステム構成を示す構成図である。
【図３】エンジン回転数の領域とプレイグニッションの発生要因との関係を示す説明図である。
【図４】エンジンの回転数、トルク及び出力の関係を示す特性線図である。
【図５】圧縮行程で燃料噴射を実行した状態を示す説明図である。
【図６】ＴＣＶを作動させた状態を示す説明図である。
【図７】プレイグニッション再発回避制御の内容を説明するための説明図である。
【図８】本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される制御のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１乃至図８を参照しつつ、本発明の実施の形態１について説明する。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構成図である。本実施の形態のシステムは、内燃機関としてのエンジン１０を備えており、エンジン１０の各気筒には、ピストン１２の往復動作により拡大，縮小する燃焼室１４が設けられている。ピストン１２は、エンジンの出力軸であるクランク軸１６に連結されている。また、各気筒には、燃焼室１４に開口する吸気ポート１８及び排気ポート２０が設けられている。吸気ポート１８には、各気筒に吸入空気を吸込む吸気通路が接続され、この吸気通路には、吸入空気量を調整するスロットルバルブ等が設けられている。また、排気ポート２０には、各気筒から排気ガスを排出する排気通路が接続されている。なお、吸気通路、排気通路及びこれらの通路に配置される構造物については、図示を省略している。
【００３０】
一方、各気筒には、燃焼室１４内（筒内）に燃料を噴射する直噴型の燃料噴射手段としての燃料噴射弁２２と、筒内の混合気に点火する点火プラグ２４と、吸気ポート１８を燃焼室１４に対して開，閉する吸気バルブ２６と、排気ポート２０を燃焼室１４に対して開，閉する排気バルブ２８とが設けられている。ここで、点火プラグ２４は、一般的に公知な構造を有し、後述の図３に示すように、筒状のハウジング２４ａと、ハウジング２４ａの内周側に設けられた筒状の絶縁碍子２４ｂと、絶縁碍子２４ｂの内周側に配置された中心電極２４ｃと、中心電極２４ｃとの間に火花放電を生じさせる接地電極２４ｄとを備えている。
【００３１】
また、吸気ポート１８には、筒内に気流を発生させる気流発生手段としてのタンブルコントロールバルブ（ＴＣＶ）３０が設けられている。ＴＣＶ３０は、吸気ポート１８の一部を遮ることで吸入空気の偏流を生じさせ、これにより筒内にタンブル流（縦渦流）を発生させることができる。また、エンジン１０は、排気圧を利用して吸入空気を過給する過給機３２（図２参照）を備えている。
【００３２】
さらに、本実施の形態のシステムは、クランク角センサ３４、プレイグニッション検出装置３６等を含むセンサ系統と、エンジン１０の運転状態を制御するＥＣＵ(Electronic Control Unit)４０とを備えている。クランク角センサ３４は、クランク軸１６の回転に同期した信号を出力するもので、本実施の形態の回転数取得手段を構成している。ＥＣＵ４０は、クランク角センサ３４の出力に基いて機関回転数（エンジン回転数）を検出したり、クランク角を検出することができる。プレイグニッション検出装置３６については、後述する。
【００３３】
センサ系統には、クランク角センサ３４とプレイグニッション検出装置３６に加えて、車両やエンジンの制御に必要な各種のセンサ（例えば吸入空気量を検出するエアフローセンサ、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサ、排気空燃比を検出する空燃比センサ、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ等）が含まれており、これらのセンサはＥＣＵ４０の入力側に接続されている。また、ＥＣＵ４０の出力側には、前記スロットルバルブ、燃料噴射弁２２、点火プラグ２４、ＴＣＶ３０等を含む各種のアクチュエータが接続されている。このアクチュエータには、プレイグニッションが発生したときに点灯させる警報ランプ３８も含まれている。
【００３４】
そして、ＥＣＵ４０は、エンジンの運転情報をセンサ系統により検出し、その検出結果に基いて各アクチュエータを駆動することにより、運転制御を行う。具体的には、クランク角センサ３４の出力に基いてエンジン回転数とクランク角とを検出し、エアフローセンサにより吸入空気量を検出する。また、吸入空気量とエンジン回転数とに基いて機関負荷（負荷率）を算出し、クランク角の検出値に基いて燃料噴射時期、点火時期等を決定する。そして、吸入空気量、負荷率等に基いて燃料噴射量を算出し、燃料噴射弁２２を駆動すると共に、点火プラグ２４を駆動する。また、ＥＣＵ４０は、何れかの気筒でプレイグニッションが発生した場合に、この状態をプレイグニッション検出装置３６により検出し、後述の各種制御によりプレイグニッションを抑制する。
【００３５】
ここで、プレイグニッション検出装置３６は、筒内での燃焼状態に応じて点火プラグ２４の電極間に流れるイオン電流を検出するもので、本実施の形態のプレイグニッション検出手段を構成している。プレイグニッション検出装置３６によれば、イオン電流の波形等に基いてプレイグニッションが発生したことを検出することができる。なお、イオン電流によるプレイグニッションの検出方法は、一般的に公知な方法である。この他にも、プレイグニッションの検出方法としては、筒内圧やノッキングの振動周波数に基いて検出を行う方法が知られている。具体的には、例えば点火時期が到来する前に筒内圧が通常よりも大きく上昇した場合や、ノッキング中に生じる振動周波数にプレイグニッション特有の周波数成分が含まれていた場合に、これらの状態をプレイグニッションとして検出する。
【００３６】
本発明では、上記のように筒内圧やノッキングの振動周波数に基いて検出を行う方法を、プレイグニッション検出手段として採用してもよい。また、本実施の形態では、図１に示すように、プレイグニッション検出装置３６をＥＣＵ４０と別個の装置により構成したが、本発明では、この検出装置３６をＥＣＵ４０に内蔵してもよい。また、本発明では、プレイグニッション検出装置を使用せず、ＥＣＵ４０の演算処理によりプレイグニッション検出手段を実現してもよい。
【００３７】
一方、本実施の形態では、エンジン１０をハイブリッド車の車両５０に搭載する構成としている。図２は、本発明の実施の形態１に適用されるハイブリッド車のシステム構成を示す構成図である。図２に示すように、車両５０には、電動モータ５２、動力分割機構５４等が搭載されている。電動モータ５２は、エンジン１０と共に動力源を構成するもので、エンジン１０及び電動モータ５２の出力側は、動力分割機構５４に連結されている。そして、動力分割機構５４の出力側は、減速機構等を含む伝達機構５６を介して車輪５８に連結されると共に、ジェネレータ６０にも連結されている。また、電動モータ５２及びジェネレータ６０は、インバータ６２を介してバッテリ６４と接続されている。
【００３８】
ここで、動力分割機構５４は、ＥＣＵ４０から入力される制御信号に応じて、エンジン１０及び電動モータ５２の駆動力を所望の比率で伝達機構５６に伝達するものである。従って、ＥＣＵ４０は、動力分割機構５４を制御することにより、車輪５８側に伝達されるエンジン１０及び電動モータ５２の駆動力の配分を任意に変更することができる。これにより、エンジン１０の駆動力による機関走行、電動モータ５２の駆動力によるモータ走行、および両方の駆動力を併用するハイブリッド走行が実現される。
【００３９】
また、動力分割機構５４は、本実施の形態において、エンジン１０の出力を一定とした状態でエンジントルクとエンジン回転数との比率を調整することが可能な調整手段を構成している。一般に、出力はエンジン回転数に応じて変化するが、動力分割機構５４によれば、この変化を補償するように前記駆動力の配分を変更することにより、一定の出力を維持しつつエンジン回転数を変化させることができる。
【００４０】
[実施の形態１の特徴]
本実施の形態では、プレイグニッションを検出した場合に、エンジン回転数に基いてプレイグニッションの発生要因を推定し、個々の発生要因に応じた制御を実行する。より具体的に述べると、本願発明者は、プレイグニッションがエンジン回転数に応じて異なる要因で発生することを見出した。特に、過給機を備えたエンジンでは、筒内の状況に応じてプレイグニッションの発生要因が多様化する傾向がある。このため、本実施の形態では、プレイグニッションの発生要因がそれぞれ異なる複数の回転数領域を予め設定しておき、エンジン回転数が何れの回転数領域に属するかを判定することにより、プレイグニッションの発生要因を推定する。これらの回転数領域は、ＥＣＵ４０に予め記憶された回転判定値Ｎ1，Ｎ2に基いて区分されるものである。
【００４１】
図３は、エンジン回転数の領域とプレイグニッションの発生要因との関係を示す説明図である。この図に示すように、本実施の形態では、エンジン回転数の領域を、例えば低回転領域、中回転領域および高回転領域からなる３つの回転数領域に区分している。この区分において、低回転領域は、エンジン回転数Ｎeが低回転判定値Ｎ1以下の領域（Ｎe≦Ｎ1）として定義され、中回転領域は、エンジン回転数Ｎeが低回転判定値Ｎ1よりも大きく、かつ高回転判定値Ｎ2以下の領域（Ｎ1＜Ｎe≦Ｎ2）として定義されている。また、高回転領域は、エンジン回転数Ｎeが高回転判定値Ｎ2よりも大きい領域（Ｎ2＜Ｎe）として定義されている。さらに、低回転判定値Ｎ1は、例えば２０００ｒｐｍ程度の値に設定され、高回転判定値Ｎ2は、例えば４０００ｒｐｍ程度の値に設定されている。なお、上述した回転数領域の区分数及び判定値Ｎ1，Ｎ2の具体値は、本実施の形態で示す一例に過ぎず、本発明を限定するものではない。以下、個々の回転数領域におけるプレイグニッションの発生要因と、これに対処するプレイグニッション抑制制御について説明する。
【００４２】
（１）低回転領域（Ｎe≦Ｎ1）
低回転領域では、図３(１)に示すように、筒内に流入したオイルが点火前に自着火することにより、プレイグニッションが誘発されることが多い。即ち、この領域では回転数が低いので、筒内に流入したオイルが熱を吸収して化学反応を起こす時間が十分にあり、オイルの自着火が生じ易い。このオイルの自着火に対処する方法としては、例えばプレイグニッションが生じた場合にエンジン回転数を上昇させ、オイルが筒内で反応する時間を短縮することが有効となる。そこで、本実施の形態では、低回転領域でプレイグニッションが発生した場合に、エンジン回転数を上昇させる回転数制御（低回転領域の回転数制御）を実行する。この回転数制御によれば、低回転領域では、筒内でのオイルの自着火を低減し、プレイグニッションの発生を効果的に抑制することができる。
【００４３】
また、車両の運転中にエンジン回転数を変化させると、エンジンの出力が変動して運転性が悪化する。このため、本実施の形態では、上述した回転数制御を行う場合に、ＥＣＵ４０により動力分割機構５４を制御し、一定の出力を維持しつつエンジン回転数を変化させる。図４は、エンジンの回転数、トルク及び出力の関係を示す特性線図である。図４に示すように、通常の走行状態では、エンジンの運転状態がロード・ロード線に沿って制御される。これに対し、低回転領域の回転数制御を行う場合には、エンジンの運転状態を、例えば図４中の点Ａから等出力線に沿って矢示Ａ1方向に変化させ、回転数を上昇させた分だけトルクを減少させる。これにより、エンジンの出力を変化させずにエンジン回転数を上昇させることができるので、回転数制御によりプレイグニッションを抑制しながらも、運転性を確保することができる。
【００４４】
また、本実施の形態では、低回転領域でプレイグニッションが発生した場合に、圧縮行程で燃料を噴射する圧縮行程噴射制御を実行する。図５は、圧縮行程で燃料噴射を実行した状態を示す説明図である。この図に示すように、圧縮行程噴射制御によれば、燃料噴射弁２２から筒内に燃料を直接噴射し、この噴射燃料により過熱したオイルの冷却（消火）を効率よく行うことができる。従って、低回転領域でのオイルの自着火を抑制することができる。
【００４５】
（２）中回転領域（Ｎ1＜Ｎe≦Ｎ2）
中回転領域では、点火プラグ２４の電極部、特に筒内に突出した接地電極２４ｄの温度が上昇し易い。この状態では、図３(２)に示すように、筒内の混合気が接地電極２４ｄと接触して熱面着火することにより、プレイグニッションが発生することが多い。この熱面着火に対処する方法としては、例えばプレイグニッションが生じた場合にエンジン回転数を上昇させ、筒内でのガスの流れ（ガス流動）を強くすることにより、プラグの電極温度を低下させることが有効となる。そこで、本実施の形態では、中回転領域でプレイグニッションが発生した場合に、エンジン回転数を上昇させる回転数制御（中回転領域の回転数制御）を実行する。この回転数制御によれば、中回転領域では、筒内でのガス流動によりプラグの電極部を効率よく冷却し、電極部での熱面着火を低減することができる。従って、プレイグニッションの発生を効果的に抑制することができる。なお、上述した中回転領域の回転数制御においても、低回転領域の場合と同様に、図４中の等出力線に沿って一定の出力を維持しつつエンジン回転数を変化させる制御を実施する。
【００４６】
また、本実施の形態では、中回転領域でプレイグニッションが発生した場合に、ＴＣＶ３０を作動させ、筒内気流制御を実行する。図６は、ＴＣＶを作動させた状態を示す説明図である。この図に示すように、ＴＣＶ３０によれば、筒内にタンブル流を発生させることができ、このタンブル流により筒内のガス流動を強化することができる。これにより、プラグの電極部を効率よく冷却し、混合気の熱面着火を抑制することができる。
【００４７】
（３）高回転領域（Ｎ2＜Ｎe）
高回転領域では、図３(３)に示すように、点火プラグ２４のポケット（ハウジング２４ａと絶縁碍子２４ｂとの間に形成された環状の隙間）内で混合気が熱面着火し、プレイグニッションが発生することが多い。より詳しく述べると、高回転領域では、筒内のガス流動が非常に速くなるので、プラグの電極部では熱面着火が生じ難い。これに対し、ポケットの内部は比較的高温である上に混合気が滞留し易いので、混合気の熱面着火がポケット内で発生することが多い。この熱面着火に対処する方法としては、例えばプレイグニッションが生じた場合にエンジン回転数を低下させ、点火プラグ２４の温度（特に、ポケット内の絶縁碍子２４ｂの温度）を低下させることが有効となる。
【００４８】
そこで、本実施の形態では、高回転領域でプレイグニッションが発生した場合に、エンジン回転数を低下させる回転数制御（高回転領域の回転数制御）を実行する。この回転数制御によれば、高回転領域では、筒内での燃焼による単位時間当りの発熱量を減少させ、プラグの温度を効率よく低下させることができる。従って、プラグのポケット内での熱面着火を低減し、プレイグニッションの発生を効果的に抑制することができる。
【００４９】
なお、上述した高回転領域の回転数制御においても、他の回転数領域の場合と同様に、一定の出力を維持しつつエンジン回転数を変化させる制御を実施する。但し、高回転領域では、エンジンの運転状態を、例えば図４中の点Ａから等出力線に沿って矢示Ａ2方向に変化させ、回転数を低下させた分だけトルクを増大させる。さらに、本実施の形態では、高回転領域でプレイグニッションが発生した場合に、燃料噴射量を通常よりも増量させる噴射増量制御を実行する。この噴射増量制御によれば、噴射燃料の冷却効果によって筒内のガス温度を低下させ、プラグのポケット内での熱面着火を抑制することができる。
【００５０】
（その他の制御）
プレイグニッションが一度発生した運転領域を使用すると、発生時と同じ筒内環境が再現されることによりプレイグニッションが再発し易い。このため、本実施の形態では、プレイグニッションの発生履歴がある運転領域で再び運転が行われるのを回避するプレイグニッション再発回避制御を実行する。図７は、プレイグニッション再発回避制御の内容を説明するための説明図である。この再発回避制御では、まず、プレイグニッションが発生したときに、例えばエンジントルクとエンジン回転数とに基いて設定される運転領域全体のうち、何れの運転領域でプレイグニッションが発生したのかを記憶する。
【００５１】
具体的に述べると、例えば図７中に示す運転領域Ａでプレイグニッションが発生した場合には、この運転領域Ａをプレイグニッションの発生履歴がある領域（以下、プレイグニッション発生領域と称す）として記憶する。その後、エンジンが運転領域Ａで運転されそうになった場合には、エンジンの運転状態を、例えば運転領域Ａから等出力線に沿って矢示Ａ1方向に変化させ、プレイグニッションの発生履歴がない運転領域Ｂに移行させる。従って、運転領域Ａの近傍では、前述したロード・ロード線として、図７中に点線で示す特性線が使用されることになる。この構成によれば、過去にプレイグニッションの発生履歴がある運転領域Ａを避けて運転を行うことができ、プレイグニッションの発生を未然に防止することができる。しかも、運転領域Ａから運転領域Ｂへの回避を同一の等出力線上で行うことにより、エンジンの出力を変化させずに済むので、運転性を良好に保持することができる。
【００５２】
また、本実施の形態では、プレイグニッションの発生を検出した場合に、警報ランプ３８を点灯させる。これにより、車両の運転者等にプレイグニッションの発生を報知することができ、エンジンの点検、修理等を促すことができる。
【００５３】
［実施の形態１を実現するための具体的な処理］
図８は、本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される制御のフローチャートである。この図に示すルーチンは、内燃機関の運転中に繰返し実行されるものとする。図８に示すルーチンでは、まず、プレイグニッション検出装置３６の出力に基いて、何れかの気筒でプレイグニッションが発生したか否かを判定する（ステップ１００）。この判定成立時には、エンジン回転数Ｎeが低回転判定値Ｎ1以下であるか否かを判定し、またエンジン回転数Ｎeが高回転判定値Ｎ2以下であるか否かを判定する（ステップ１０２，１０４）。ステップ１０２，１０４の判定結果により、エンジン回転数Ｎeが低回転領域、中回転領域及び高回転領域の何れに属しているかを判定することができる。
【００５４】
そして、ステップ１０２の判定成立時には、低回転領域であるから、前述のように一定の出力を維持しつつ、低回転領域の回転数制御を実行し、エンジン回転数を上昇させる（ステップ１０６）。また、少なくともプレイグニッションが発生した気筒では、圧縮行程噴射制御を実行することにより、圧縮行程で燃料を噴射する（ステップ１０８）。一方、ステップ１０２の判定が不成立で、ステップ１０４の判定が成立した場合には、中回転領域であるから、一定の出力を維持しつつ、中回転領域の回転数制御を実行し、エンジン回転数を上昇させる（ステップ１１０）。また、前述のようにＴＣＶ３０を作動させることにより、筒内気流制御を実行する（ステップ１１２）。さらに、ステップ１０４の判定成立時には、高回転領域であるから、前述のように一定の出力を維持しつつ、高回転領域の回転数制御を実行し、エンジン回転数を低下させる（ステップ１１４）。また、少なくともプレイグニッションが発生した気筒では、燃料噴射量を通常よりも増量させることにより、噴射増量制御を実行する（ステップ１１６）。
【００５５】
次の処理では、警報ランプ３８を点灯させ、プレイグニッションが発生したことを車両の運転者等に報知する（ステップ１１８）。そして、プレイグニッションが発生した時点の運転領域を、プレイグニッション発生領域としてＥＣＵ４０の記憶回路に記憶する（ステップ１２０）。
【００５６】
一方、ステップ１００の判定が不成立の場合には、何れの気筒でもプレイグニッションが発生していないので、通常の運転制御を実行するが、この運転制御中には、プレイグニッション発生領域で運転が行われようとしていないかどうかを判定する（ステップ１２２）。そして、この判定成立時には、前述のようにプレイグニッション再発回避制御を実行し、図７に例示したような回避運転を行う（ステップ１２４）。
【００５７】
以上詳述した通り、本実施の形態によれば、エンジン回転数に応じてプレイグニッションの発生要因が異なることを利用して、エンジン回転数に基いて個々の発生要因に応じた適切な制御を実行することができる。従って、これらの制御により、各種の運転状態において、プレイグニッションを効果的に抑制することができる。
【００５８】
なお、上述した実施の形態１では、図８中のステップ１０２，１０４が請求項１，２における発生要因推定手段の具体例を示し、ステップ１０６〜１１６が請求項１，３乃至８におけるプレイグニッション抑制手段の具体例を示している。また、ステップ１０６は請求項３，９における低回転領域の回転数制御手段の具体例、ステップ１０８は請求項４における圧縮行程燃料噴射手段の具体例、ステップ１１０は請求項５，９における中回転領域の回転数制御手段の具体例、ステップ１１２は請求項６における気流制御手段の具体例、ステップ１１４は請求項７，９における高回転領域の回転数制御手段の具体例、ステップ１１６は請求項８における噴射増量手段の具体例をそれぞれ示している。さらに、ステップ１２０〜１２４は請求項１０におけるプレイグニッション再発回避手段の具体例、ステップ１１８は請求項１１における報知手段の具体例をそれぞれ示している。
【００５９】
また、実施の形態１では、エンジン回転数を、高回転領域、中回転領域及び低回転領域からなる３つの回転数領域に区分する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、必要に応じてエンジン回転数を２つの回転数領域に区分したり、４つ以上の回転数領域に区分する構成としてもよい。
【００６０】
また、実施の形態１では、ハイブリッド車において、動力分割機構５４により一定の出力を維持しつつエンジン回転数を変化させる場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明は、ハイブリッド車に限定されるものではなく、エンジンのみを動力源とする通常の車両に適用してもよい。また、本発明では、回転数を変化させる場合に、必ずしも一定の出力を維持する必要はなく、他の補償制御等により出力の変動を出来るだけ抑制する構成としてもよい。
【００６１】
また、実施の形態１では、プレイグニッションを抑制する制御として、低回転領域、中回転領域及び高回転領域の回転数制御、圧縮行程噴射制御、筒内気流制御、燃料増量制御をそれぞれ実行する構成とした。しかし、本発明では、必ずしも上記制御を全て実行する必要はなく、上記制御のうち必要なものを適宜組合わせて実行する構成としてもよい。従って、本発明において、例えば圧縮行程噴射制御や筒内気流制御を実施しない場合には、直噴型の燃料噴射弁２２に代えて吸気ポート噴射型の燃料噴射弁を採用したり、ＴＣＶ３０を省略する構成としてもよい。
【００６２】
さらに、本発明に適用される気流発生手段は、ＴＣＶ３０に限るものではない。即ち、気流発生手段としては、例えば吸入空気にスワールを発生させるＳＣＶ（スワールコントロールバルブ）を用いてもよい。また、１気筒に２つの吸気バルブがある場合には、両者のバルブ開度を異ならせることにより筒内に吸入空気の偏った流れを生じさせる構成とし、この構成により気流発生手段を実現してもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１０ エンジン（内燃機関）
１２ ピストン
１４ 燃焼室
１６ クランク軸
１８ 吸気ポート
２０ 排気ポート
２２ 燃料噴射弁（燃料噴射手段）
２４ 点火プラグ
２６ 吸気バルブ
２８ 排気バルブ
３０ タンブルコントロールバルブ（気流発生手段）
３２ 過給機
３４ クランク角センサ（回転数取得手段）
３６ プレイグニッション検出装置
３８ 警報ランプ
４０ ＥＣＵ
５０ 車両
５２ 電動モータ
５４ 動力分割機構（調整手段）
５６ 伝達機構
５８ 車輪
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、プレイグニッションを検出する構成とした内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、例えば特許文献１（特開平１１−９３７５７号公報）に開示されているように、筒内の混合気が点火される前に自着火する現象（プレイグニッション）を検出する構成とした内燃機関の制御装置が知られている。従来技術では、ノッキングの発生に対処して点火時期を遅角したにも拘らず、ノッキングが解消されない場合に、この状態をプレイグニッションが発生したものとして検出する。そして、プレイグニッションが発生した気筒では、燃料噴射量や吸入空気量を減少させ、出力を低下させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−９３７５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した従来技術では、ノッキングの継続状態に基いてプレイグニッションが発生した気筒を検出し、当該気筒の出力を低下させる構成としている。しかしながら、プレイグニッションは各種の要因によって発生するものであり、発生要因を考慮しない一律の制御では、これを効率よく抑制するのが難しい。即ち、従来技術のように、単にプレイグニッションの有無を検出して出力を低下させるだけの方法では、十分な抑制効果が得られないという問題がある。
【０００５】
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、本発明の目的は、プレイグニッションが発生した場合に、その発生要因を推定し、発生要因に応じて適切な制御を実施することが可能な内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、内燃機関の機関回転数を取得する回転数取得手段と、
内燃機関の燃焼室内で発生するプレイグニッションを検出するプレイグニッション検出手段と、
前記プレイグニッション検出手段によりプレイグニッションが検出された場合に、前記機関回転数に基いてプレイグニッションの発生要因を推定する発生要因推定手段と、
プレイグニッションが検出された場合に、前記発生要因推定手段により推定した発生要因に基いて個々の発生要因に応じた制御を実行し、プレイグニッションを抑制するプレイグニッション抑制手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
第２の発明によると、前記発生要因推定手段は、プレイグニッションの発生要因がそれぞれ異なる領域として設定された複数の回転数領域を備え、前記機関回転数が何れの回転数領域に属するかを判定することにより前記発生要因を推定する構成としている。
【０００８】
第３の発明によると、前記プレイグニッション抑制手段は、前記発生要因推定手段により前記機関回転数が所定の低回転判定値以下であると判定された場合に、前記機関回転数を上昇させる低回転領域の回転数制御手段を備える構成としている。
【０００９】
第４の発明は、前記燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射手段を備え、
前記プレイグニッション抑制手段は、前記発生要因推定手段により前記機関回転数が所定の低回転判定値以下であると判定された場合に、前記燃料噴射手段により圧縮行程で燃料を噴射する圧縮行程燃料噴射手段を備える構成としている。
【００１０】
第５の発明によると、前記プレイグニッション抑制手段は、前記発生要因推定手段により前記機関回転数が所定の低回転判定値よりも高く、かつ所定の高回転判定値以下であると判定された場合に、前記機関回転数を上昇させる中回転領域の回転数制御手段を備える構成としている。
【００１１】
第６の発明は、前記燃焼室内に気流を発生させる気流発生手段を備え、
前記プレイグニッション抑制手段は、前記発生要因推定手段により前記機関回転数が所定の低回転判定値よりも高く、かつ所定の高回転判定値以下であると判定された場合に、前記気流発生手段により前記燃焼室内に気流を発生させる気流制御手段を備える構成としている。
【００１２】
第７の発明によると、前記プレイグニッション抑制手段は、前記発生要因推定手段により前記機関回転数が所定の高回転判定値よりも高いと判定された場合に、前記機関回転数を低下させる高回転領域の回転数制御手段を備える構成としている。
【００１３】
第８の発明によると、前記プレイグニッション抑制手段は、前記発生要因推定手段により前記機関回転数が所定の高回転判定値よりも高いと判定された場合に、燃料噴射量を増量させる噴射増量手段を備える構成としている。
【００１４】
第９の発明は、内燃機関の出力を一定とした状態でトルクと機関回転数との比率を調整することが可能な調整手段を備え、
前記回転数制御手段は、前記調整手段により一定の出力を維持しつつ前記機関回転数を変化させる構成としている。
【００１５】
第１０の発明は、プレイグニッションの発生履歴がある運転領域で再び運転が行われるのを回避するプレイグニッション再発回避手段を備える構成としている。
【００１６】
第１１の発明は、プレイグニッションが発生したことを報知する報知手段を備える構成としている。
【発明の効果】
【００１７】
第１の発明によれば、発生要因推定手段は、機関回転数に応じてプレイグニッションの発生要因が異なることを利用して、機関回転数に基いて発生要因を推定することができる。これにより、プレイグニッション抑制手段は、プレイグニッションの発生要因に対応して、これを抑制するための適切な制御を実行することができる。従って、各種の運転状態において、プレイグニッションを効果的に抑制することができる。
【００１８】
第２の発明によれば、発生要因推定手段は、機関回転数が何れの回転数領域に属するかを判定することにより、プレイグニッションの発生要因を推定することができる。
【００１９】
第３の発明によれば、低回転領域では、筒内に流入したオイルが点火前に自着火することにより、プレイグニッションが誘発されることが多い。これに対し、低回転領域の回転数制御手段は、機関回転数を上昇させることにより、オイルが筒内で反応する時間を短縮することができる。従って、筒内でのオイルの自着火を低減し、低回転領域でのプレイグニッションを効果的に抑制することができる。
【００２０】
第４の発明によれば、圧縮行程燃料噴射手段は、圧縮行程で筒内に燃料を直接噴射し、この噴射燃料により過熱したオイルの冷却（消火）を効率よく行うことができる。従って、低回転領域でのオイルの自着火を抑制することができる。
【００２１】
第５の発明によれば、中回転領域では、筒内の混合気が点火プラグの電極部に接触して熱面着火することにより、プレイグニッションが発生することが多い。これに対し、中回転領域の回転数制御手段は、機関回転数を上昇させることにより、筒内でのガス流動を強くしてプラグの電極温度を低下させることができる。従って、プラグ電極部での熱面着火を低減し、中回転領域でのプレイグニッションを効果的に抑制することができる。
【００２２】
第６の発明によれば、気流制御手段は、中回転領域で筒内に気流を発生させることにより、ガス流動を強化することができる。これにより、プラグの電極部を効率よく冷却し、混合気の熱面着火を抑制することができる。
【００２３】
第７の発明によれば、高回転領域では、点火プラグのポケット内で混合気が熱面着火し、プレイグニッションが発生することが多い。これに対し、高回転領域の回転数制御手段は、機関回転数を低下させることにより、点火プラグのポケット内の温度を低下させることができる。これにより、ポケット内での熱面着火を低減し、高回転領域でのプレイグニッションを効果的に抑制することができる。
【００２４】
第８の発明によれば、噴射増量手段は、高回転領域で燃料噴射量を増量させることができる。これにより、噴射燃料の冷却効果によって筒内のガス温度を低下させ、プラグのポケット内での熱面着火を抑制することができる。
【００２５】
第９の発明によれば、低回転領域、中回転領域及び高回転領域の回転数制御手段は、調整手段により一定の出力を維持しつつ、機関回転数を変化させることができる。これにより、内燃機関の出力を変化させずに機関回転数を上昇または低下させることができるので、プレイグニッションを抑制しながらも、運転性を確保することができる。
【００２６】
第１０の発明によれば、プレイグニッション再発回避手段は、過去にプレイグニッションの発生履歴がある運転領域を避けて運転を行うことができ、プレイグニッションの発生を未然に防止することができる。
【００２７】
第１１の発明によれば、報知手段は、車両の運転者等にプレイグニッションの発生を報知することができ、内燃機関の点検、修理等を促すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】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構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１に適用されるハイブリッド車のシステム構成を示す構成図である。
【図３】エンジン回転数の領域とプレイグニッションの発生要因との関係を示す説明図である。
【図４】エンジンの回転数、トルク及び出力の関係を示す特性線図である。
【図５】圧縮行程で燃料噴射を実行した状態を示す説明図である。
【図６】ＴＣＶを作動させた状態を示す説明図である。
【図７】プレイグニッション再発回避制御の内容を説明するための説明図である。
【図８】本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される制御のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１乃至図８を参照しつつ、本発明の実施の形態１について説明する。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構成図である。本実施の形態のシステムは、内燃機関としてのエンジン１０を備えており、エンジン１０の各気筒には、ピストン１２の往復動作により拡大，縮小する燃焼室１４が設けられている。ピストン１２は、エンジンの出力軸であるクランク軸１６に連結されている。また、各気筒には、燃焼室１４に開口する吸気ポート１８及び排気ポート２０が設けられている。吸気ポート１８には、各気筒に吸入空気を吸込む吸気通路が接続され、この吸気通路には、吸入空気量を調整するスロットルバルブ等が設けられている。また、排気ポート２０には、各気筒から排気ガスを排出する排気通路が接続されている。なお、吸気通路、排気通路及びこれらの通路に配置される構造物については、図示を省略している。
【００３０】
一方、各気筒には、燃焼室１４内（筒内）に燃料を噴射する直噴型の燃料噴射手段としての燃料噴射弁２２と、筒内の混合気に点火する点火プラグ２４と、吸気ポート１８を燃焼室１４に対して開，閉する吸気バルブ２６と、排気ポート２０を燃焼室１４に対して開，閉する排気バルブ２８とが設けられている。ここで、点火プラグ２４は、一般的に公知な構造を有し、後述の図３に示すように、筒状のハウジング２４ａと、ハウジング２４ａの内周側に設けられた筒状の絶縁碍子２４ｂと、絶縁碍子２４ｂの内周側に配置された中心電極２４ｃと、中心電極２４ｃとの間に火花放電を生じさせる接地電極２４ｄとを備えている。
【００３１】
また、吸気ポート１８には、筒内に気流を発生させる気流発生手段としてのタンブルコントロールバルブ（ＴＣＶ）３０が設けられている。ＴＣＶ３０は、吸気ポート１８の一部を遮ることで吸入空気の偏流を生じさせ、これにより筒内にタンブル流（縦渦流）を発生させることができる。また、エンジン１０は、排気圧を利用して吸入空気を過給する過給機３２（図２参照）を備えている。
【００３２】
さらに、本実施の形態のシステムは、クランク角センサ３４、プレイグニッション検出装置３６等を含むセンサ系統と、エンジン１０の運転状態を制御するＥＣＵ(Electronic Control Unit)４０とを備えている。クランク角センサ３４は、クランク軸１６の回転に同期した信号を出力するもので、本実施の形態の回転数取得手段を構成している。ＥＣＵ４０は、クランク角センサ３４の出力に基いて機関回転数（エンジン回転数）を検出したり、クランク角を検出することができる。プレイグニッション検出装置３６については、後述する。
【００３３】
センサ系統には、クランク角センサ３４とプレイグニッション検出装置３６に加えて、車両やエンジンの制御に必要な各種のセンサ（例えば吸入空気量を検出するエアフローセンサ、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサ、排気空燃比を検出する空燃比センサ、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ等）が含まれており、これらのセンサはＥＣＵ４０の入力側に接続されている。また、ＥＣＵ４０の出力側には、前記スロットルバルブ、燃料噴射弁２２、点火プラグ２４、ＴＣＶ３０等を含む各種のアクチュエータが接続されている。このアクチュエータには、プレイグニッションが発生したときに点灯させる警報ランプ３８も含まれている。
【００３４】
そして、ＥＣＵ４０は、エンジンの運転情報をセンサ系統により検出し、その検出結果に基いて各アクチュエータを駆動することにより、運転制御を行う。具体的には、クランク角センサ３４の出力に基いてエンジン回転数とクランク角とを検出し、エアフローセンサにより吸入空気量を検出する。また、吸入空気量とエンジン回転数とに基いて機関負荷（負荷率）を算出し、クランク角の検出値に基いて燃料噴射時期、点火時期等を決定する。そして、吸入空気量、負荷率等に基いて燃料噴射量を算出し、燃料噴射弁２２を駆動すると共に、点火プラグ２４を駆動する。また、ＥＣＵ４０は、何れかの気筒でプレイグニッションが発生した場合に、この状態をプレイグニッション検出装置３６により検出し、後述の各種制御によりプレイグニッションを抑制する。
【００３５】
ここで、プレイグニッション検出装置３６は、筒内での燃焼状態に応じて点火プラグ２４の電極間に流れるイオン電流を検出するもので、本実施の形態のプレイグニッション検出手段を構成している。プレイグニッション検出装置３６によれば、イオン電流の波形等に基いてプレイグニッションが発生したことを検出することができる。なお、イオン電流によるプレイグニッションの検出方法は、一般的に公知な方法である。この他にも、プレイグニッションの検出方法としては、筒内圧やノッキングの振動周波数に基いて検出を行う方法が知られている。具体的には、例えば点火時期が到来する前に筒内圧が通常よりも大きく上昇した場合や、ノッキング中に生じる振動周波数にプレイグニッション特有の周波数成分が含まれていた場合に、これらの状態をプレイグニッションとして検出する。
【００３６】
本発明では、上記のように筒内圧やノッキングの振動周波数に基いて検出を行う方法を、プレイグニッション検出手段として採用してもよい。また、本実施の形態では、図１に示すように、プレイグニッション検出装置３６をＥＣＵ４０と別個の装置により構成したが、本発明では、この検出装置３６をＥＣＵ４０に内蔵してもよい。また、本発明では、プレイグニッション検出装置を使用せず、ＥＣＵ４０の演算処理によりプレイグニッション検出手段を実現してもよい。
【００３７】
一方、本実施の形態では、エンジン１０をハイブリッド車の車両５０に搭載する構成としている。図２は、本発明の実施の形態１に適用されるハイブリッド車のシステム構成を示す構成図である。図２に示すように、車両５０には、電動モータ５２、動力分割機構５４等が搭載されている。電動モータ５２は、エンジン１０と共に動力源を構成するもので、エンジン１０及び電動モータ５２の出力側は、動力分割機構５４に連結されている。そして、動力分割機構５４の出力側は、減速機構等を含む伝達機構５６を介して車輪５８に連結されると共に、ジェネレータ６０にも連結されている。また、電動モータ５２及びジェネレータ６０は、インバータ６２を介してバッテリ６４と接続されている。
【００３８】
ここで、動力分割機構５４は、ＥＣＵ４０から入力される制御信号に応じて、エンジン１０及び電動モータ５２の駆動力を所望の比率で伝達機構５６に伝達するものである。従って、ＥＣＵ４０は、動力分割機構５４を制御することにより、車輪５８側に伝達されるエンジン１０及び電動モータ５２の駆動力の配分を任意に変更することができる。これにより、エンジン１０の駆動力による機関走行、電動モータ５２の駆動力によるモータ走行、および両方の駆動力を併用するハイブリッド走行が実現される。
【００３９】
また、動力分割機構５４は、本実施の形態において、エンジン１０の出力を一定とした状態でエンジントルクとエンジン回転数との比率を調整することが可能な調整手段を構成している。一般に、出力はエンジン回転数に応じて変化するが、動力分割機構５４によれば、この変化を補償するように前記駆動力の配分を変更することにより、一定の出力を維持しつつエンジン回転数を変化させることができる。
【００４０】
[実施の形態１の特徴]
本実施の形態では、プレイグニッションを検出した場合に、エンジン回転数に基いてプレイグニッションの発生要因を推定し、個々の発生要因に応じた制御を実行する。より具体的に述べると、本願発明者は、プレイグニッションがエンジン回転数に応じて異なる要因で発生することを見出した。特に、過給機を備えたエンジンでは、筒内の状況に応じてプレイグニッションの発生要因が多様化する傾向がある。このため、本実施の形態では、プレイグニッションの発生要因がそれぞれ異なる複数の回転数領域を予め設定しておき、エンジン回転数が何れの回転数領域に属するかを判定することにより、プレイグニッションの発生要因を推定する。これらの回転数領域は、ＥＣＵ４０に予め記憶された回転判定値Ｎ1，Ｎ2に基いて区分されるものである。
【００４１】
図３は、エンジン回転数の領域とプレイグニッションの発生要因との関係を示す説明図である。この図に示すように、本実施の形態では、エンジン回転数の領域を、例えば低回転領域、中回転領域および高回転領域からなる３つの回転数領域に区分している。この区分において、低回転領域は、エンジン回転数Ｎeが低回転判定値Ｎ1以下の領域（Ｎe≦Ｎ1）として定義され、中回転領域は、エンジン回転数Ｎeが低回転判定値Ｎ1よりも大きく、かつ高回転判定値Ｎ2以下の領域（Ｎ1＜Ｎe≦Ｎ2）として定義されている。また、高回転領域は、エンジン回転数Ｎeが高回転判定値Ｎ2よりも大きい領域（Ｎ2＜Ｎe）として定義されている。さらに、低回転判定値Ｎ1は、例えば２０００ｒｐｍ程度の値に設定され、高回転判定値Ｎ2は、例えば４０００ｒｐｍ程度の値に設定されている。なお、上述した回転数領域の区分数及び判定値Ｎ1，Ｎ2の具体値は、本実施の形態で示す一例に過ぎず、本発明を限定するものではない。以下、個々の回転数領域におけるプレイグニッションの発生要因と、これに対処するプレイグニッション抑制制御について説明する。
【００４２】
（１）低回転領域（Ｎe≦Ｎ1）
低回転領域では、図３(１)に示すように、筒内に流入したオイルが点火前に自着火することにより、プレイグニッションが誘発されることが多い。即ち、この領域では回転数が低いので、筒内に流入したオイルが熱を吸収して化学反応を起こす時間が十分にあり、オイルの自着火が生じ易い。このオイルの自着火に対処する方法としては、例えばプレイグニッションが生じた場合にエンジン回転数を上昇させ、オイルが筒内で反応する時間を短縮することが有効となる。そこで、本実施の形態では、低回転領域でプレイグニッションが発生した場合に、エンジン回転数を上昇させる回転数制御（低回転領域の回転数制御）を実行する。この回転数制御によれば、低回転領域では、筒内でのオイルの自着火を低減し、プレイグニッションの発生を効果的に抑制することができる。
【００４３】
また、車両の運転中にエンジン回転数を変化させると、エンジンの出力が変動して運転性が悪化する。このため、本実施の形態では、上述した回転数制御を行う場合に、ＥＣＵ４０により動力分割機構５４を制御し、一定の出力を維持しつつエンジン回転数を変化させる。図４は、エンジンの回転数、トルク及び出力の関係を示す特性線図である。図４に示すように、通常の走行状態では、エンジンの運転状態がロード・ロード線に沿って制御される。これに対し、低回転領域の回転数制御を行う場合には、エンジンの運転状態を、例えば図４中の点Ａから等出力線に沿って矢示Ａ1方向に変化させ、回転数を上昇させた分だけトルクを減少させる。これにより、エンジンの出力を変化させずにエンジン回転数を上昇させることができるので、回転数制御によりプレイグニッションを抑制しながらも、運転性を確保することができる。
【００４４】
また、本実施の形態では、低回転領域でプレイグニッションが発生した場合に、圧縮行程で燃料を噴射する圧縮行程噴射制御を実行する。図５は、圧縮行程で燃料噴射を実行した状態を示す説明図である。この図に示すように、圧縮行程噴射制御によれば、燃料噴射弁２２から筒内に燃料を直接噴射し、この噴射燃料により過熱したオイルの冷却（消火）を効率よく行うことができる。従って、低回転領域でのオイルの自着火を抑制することができる。
【００４５】
（２）中回転領域（Ｎ1＜Ｎe≦Ｎ2）
中回転領域では、点火プラグ２４の電極部、特に筒内に突出した接地電極２４ｄの温度が上昇し易い。この状態では、図３(２)に示すように、筒内の混合気が接地電極２４ｄと接触して熱面着火することにより、プレイグニッションが発生することが多い。この熱面着火に対処する方法としては、例えばプレイグニッションが生じた場合にエンジン回転数を上昇させ、筒内でのガスの流れ（ガス流動）を強くすることにより、プラグの電極温度を低下させることが有効となる。そこで、本実施の形態では、中回転領域でプレイグニッションが発生した場合に、エンジン回転数を上昇させる回転数制御（中回転領域の回転数制御）を実行する。この回転数制御によれば、中回転領域では、筒内でのガス流動によりプラグの電極部を効率よく冷却し、電極部での熱面着火を低減することができる。従って、プレイグニッションの発生を効果的に抑制することができる。なお、上述した中回転領域の回転数制御においても、低回転領域の場合と同様に、図４中の等出力線に沿って一定の出力を維持しつつエンジン回転数を変化させる制御を実施する。
【００４６】
また、本実施の形態では、中回転領域でプレイグニッションが発生した場合に、ＴＣＶ３０を作動させ、筒内気流制御を実行する。図６は、ＴＣＶを作動させた状態を示す説明図である。この図に示すように、ＴＣＶ３０によれば、筒内にタンブル流を発生させることができ、このタンブル流により筒内のガス流動を強化することができる。これにより、プラグの電極部を効率よく冷却し、混合気の熱面着火を抑制することができる。
【００４７】
（３）高回転領域（Ｎ2＜Ｎe）
高回転領域では、図３(３)に示すように、点火プラグ２４のポケット（ハウジング２４ａと絶縁碍子２４ｂとの間に形成された環状の隙間）内で混合気が熱面着火し、プレイグニッションが発生することが多い。より詳しく述べると、高回転領域では、筒内のガス流動が非常に速くなるので、プラグの電極部では熱面着火が生じ難い。これに対し、ポケットの内部は比較的高温である上に混合気が滞留し易いので、混合気の熱面着火がポケット内で発生することが多い。この熱面着火に対処する方法としては、例えばプレイグニッションが生じた場合にエンジン回転数を低下させ、点火プラグ２４の温度（特に、ポケット内の絶縁碍子２４ｂの温度）を低下させることが有効となる。
【００４８】
そこで、本実施の形態では、高回転領域でプレイグニッションが発生した場合に、エンジン回転数を低下させる回転数制御（高回転領域の回転数制御）を実行する。この回転数制御によれば、高回転領域では、筒内での燃焼による単位時間当りの発熱量を減少させ、プラグの温度を効率よく低下させることができる。従って、プラグのポケット内での熱面着火を低減し、プレイグニッションの発生を効果的に抑制することができる。
【００４９】
なお、上述した高回転領域の回転数制御においても、他の回転数領域の場合と同様に、一定の出力を維持しつつエンジン回転数を変化させる制御を実施する。但し、高回転領域では、エンジンの運転状態を、例えば図４中の点Ａから等出力線に沿って矢示Ａ2方向に変化させ、回転数を低下させた分だけトルクを増大させる。さらに、本実施の形態では、高回転領域でプレイグニッションが発生した場合に、燃料噴射量を通常よりも増量させる噴射増量制御を実行する。この噴射増量制御によれば、噴射燃料の冷却効果によって筒内のガス温度を低下させ、プラグのポケット内での熱面着火を抑制することができる。
【００５０】
（その他の制御）
プレイグニッションが一度発生した運転領域を使用すると、発生時と同じ筒内環境が再現されることによりプレイグニッションが再発し易い。このため、本実施の形態では、プレイグニッションの発生履歴がある運転領域で再び運転が行われるのを回避するプレイグニッション再発回避制御を実行する。図７は、プレイグニッション再発回避制御の内容を説明するための説明図である。この再発回避制御では、まず、プレイグニッションが発生したときに、例えばエンジントルクとエンジン回転数とに基いて設定される運転領域全体のうち、何れの運転領域でプレイグニッションが発生したのかを記憶する。
【００５１】
具体的に述べると、例えば図７中に示す運転領域Ａでプレイグニッションが発生した場合には、この運転領域Ａをプレイグニッションの発生履歴がある領域（以下、プレイグニッション発生領域と称す）として記憶する。その後、エンジンが運転領域Ａで運転されそうになった場合には、エンジンの運転状態を、例えば運転領域Ａから等出力線に沿って矢示Ａ1方向に変化させ、プレイグニッションの発生履歴がない運転領域Ｂに移行させる。従って、運転領域Ａの近傍では、前述したロード・ロード線として、図７中に点線で示す特性線が使用されることになる。この構成によれば、過去にプレイグニッションの発生履歴がある運転領域Ａを避けて運転を行うことができ、プレイグニッションの発生を未然に防止することができる。しかも、運転領域Ａから運転領域Ｂへの回避を同一の等出力線上で行うことにより、エンジンの出力を変化させずに済むので、運転性を良好に保持することができる。
【００５２】
また、本実施の形態では、プレイグニッションの発生を検出した場合に、警報ランプ３８を点灯させる。これにより、車両の運転者等にプレイグニッションの発生を報知することができ、エンジンの点検、修理等を促すことができる。
【００５３】
［実施の形態１を実現するための具体的な処理］
図８は、本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される制御のフローチャートである。この図に示すルーチンは、内燃機関の運転中に繰返し実行されるものとする。図８に示すルーチンでは、まず、プレイグニッション検出装置３６の出力に基いて、何れかの気筒でプレイグニッションが発生したか否かを判定する（ステップ１００）。この判定成立時には、エンジン回転数Ｎeが低回転判定値Ｎ1以下であるか否かを判定し、またエンジン回転数Ｎeが高回転判定値Ｎ2以下であるか否かを判定する（ステップ１０２，１０４）。ステップ１０２，１０４の判定結果により、エンジン回転数Ｎeが低回転領域、中回転領域及び高回転領域の何れに属しているかを判定することができる。
【００５４】
そして、ステップ１０２の判定成立時には、低回転領域であるから、前述のように一定の出力を維持しつつ、低回転領域の回転数制御を実行し、エンジン回転数を上昇させる（ステップ１０６）。また、少なくともプレイグニッションが発生した気筒では、圧縮行程噴射制御を実行することにより、圧縮行程で燃料を噴射する（ステップ１０８）。一方、ステップ１０２の判定が不成立で、ステップ１０４の判定が成立した場合には、中回転領域であるから、一定の出力を維持しつつ、中回転領域の回転数制御を実行し、エンジン回転数を上昇させる（ステップ１１０）。また、前述のようにＴＣＶ３０を作動させることにより、筒内気流制御を実行する（ステップ１１２）。さらに、ステップ１０４の判定成立時には、高回転領域であるから、前述のように一定の出力を維持しつつ、高回転領域の回転数制御を実行し、エンジン回転数を低下させる（ステップ１１４）。また、少なくともプレイグニッションが発生した気筒では、燃料噴射量を通常よりも増量させることにより、噴射増量制御を実行する（ステップ１１６）。
【００５５】
次の処理では、警報ランプ３８を点灯させ、プレイグニッションが発生したことを車両の運転者等に報知する（ステップ１１８）。そして、プレイグニッションが発生した時点の運転領域を、プレイグニッション発生領域としてＥＣＵ４０の記憶回路に記憶する（ステップ１２０）。
【００５６】
一方、ステップ１００の判定が不成立の場合には、何れの気筒でもプレイグニッションが発生していないので、通常の運転制御を実行するが、この運転制御中には、プレイグニッション発生領域で運転が行われようとしていないかどうかを判定する（ステップ１２２）。そして、この判定成立時には、前述のようにプレイグニッション再発回避制御を実行し、図７に例示したような回避運転を行う（ステップ１２４）。
【００５７】
以上詳述した通り、本実施の形態によれば、エンジン回転数に応じてプレイグニッションの発生要因が異なることを利用して、エンジン回転数に基いて個々の発生要因に応じた適切な制御を実行することができる。従って、これらの制御により、各種の運転状態において、プレイグニッションを効果的に抑制することができる。
【００５８】
なお、上述した実施の形態１では、図８中のステップ１０２，１０４が請求項１，２における発生要因推定手段の具体例を示し、ステップ１０６〜１１６が請求項１，３乃至８におけるプレイグニッション抑制手段の具体例を示している。また、ステップ１０６は請求項３，９における低回転領域の回転数制御手段の具体例、ステップ１０８は請求項４における圧縮行程燃料噴射手段の具体例、ステップ１１０は請求項５，９における中回転領域の回転数制御手段の具体例、ステップ１１２は請求項６における気流制御手段の具体例、ステップ１１４は請求項７，９における高回転領域の回転数制御手段の具体例、ステップ１１６は請求項８における噴射増量手段の具体例をそれぞれ示している。さらに、ステップ１２０〜１２４は請求項１０におけるプレイグニッション再発回避手段の具体例、ステップ１１８は請求項１１における報知手段の具体例をそれぞれ示している。
【００５９】
また、実施の形態１では、エンジン回転数を、高回転領域、中回転領域及び低回転領域からなる３つの回転数領域に区分する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、必要に応じてエンジン回転数を２つの回転数領域に区分したり、４つ以上の回転数領域に区分する構成としてもよい。
【００６０】
また、実施の形態１では、ハイブリッド車において、動力分割機構５４により一定の出力を維持しつつエンジン回転数を変化させる場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明は、ハイブリッド車に限定されるものではなく、エンジンのみを動力源とする通常の車両に適用してもよい。また、本発明では、回転数を変化させる場合に、必ずしも一定の出力を維持する必要はなく、他の補償制御等により出力の変動を出来るだけ抑制する構成としてもよい。
【００６１】
また、実施の形態１では、プレイグニッションを抑制する制御として、低回転領域、中回転領域及び高回転領域の回転数制御、圧縮行程噴射制御、筒内気流制御、燃料増量制御をそれぞれ実行する構成とした。しかし、本発明では、必ずしも上記制御を全て実行する必要はなく、上記制御のうち必要なものを適宜組合わせて実行する構成としてもよい。従って、本発明において、例えば圧縮行程噴射制御や筒内気流制御を実施しない場合には、直噴型の燃料噴射弁２２に代えて吸気ポート噴射型の燃料噴射弁を採用したり、ＴＣＶ３０を省略する構成としてもよい。
【００６２】
さらに、本発明に適用される気流発生手段は、ＴＣＶ３０に限るものではない。即ち、気流発生手段としては、例えば吸入空気にスワールを発生させるＳＣＶ（スワールコントロールバルブ）を用いてもよい。また、１気筒に２つの吸気バルブがある場合には、両者のバルブ開度を異ならせることにより筒内に吸入空気の偏った流れを生じさせる構成とし、この構成により気流発生手段を実現してもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１０ エンジン（内燃機関）
１２ ピストン
１４ 燃焼室
１６ クランク軸
１８ 吸気ポート
２０ 排気ポート
２２ 燃料噴射弁（燃料噴射手段）
２４ 点火プラグ
２６ 吸気バルブ
２８ 排気バルブ
３０ タンブルコントロールバルブ（気流発生手段）
３２ 過給機
３４ クランク角センサ（回転数取得手段）
３６ プレイグニッション検出装置
３８ 警報ランプ
４０ ＥＣＵ
５０ 車両
５２ 電動モータ
５４ 動力分割機構（調整手段）
５６ 伝達機構
５８ 車輪
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の機関回転数を取得する回転数取得手段と、
内燃機関の燃焼室内で発生するプレイグニッションを検出するプレイグニッション検出手段と、
前記プレイグニッション検出手段によりプレイグニッションが検出された場合に、前記機関回転数に基いてプレイグニッションの発生要因を推定する発生要因推定手段と、
プレイグニッションが検出された場合に、前記発生要因推定手段により推定した発生要因に基いて個々の発生要因に応じた制御を実行し、プレイグニッションを抑制するプレイグニッション抑制手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記発生要因推定手段は、プレイグニッションの発生要因がそれぞれ異なる領域として設定された複数の回転数領域を備え、前記機関回転数が何れの回転数領域に属するかを判定することにより前記発生要因を推定する構成としてなる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記プレイグニッション抑制手段は、前記発生要因推定手段により前記機関回転数が所定の低回転判定値以下であると判定された場合に、前記機関回転数を上昇させる低回転領域の回転数制御手段を備えてなる請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射手段を備え、
前記プレイグニッション抑制手段は、前記発生要因推定手段により前記機関回転数が所定の低回転判定値以下であると判定された場合に、前記燃料噴射手段により圧縮行程で燃料を噴射する圧縮行程燃料噴射手段を備えてなる請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記プレイグニッション抑制手段は、前記発生要因推定手段により前記機関回転数が所定の低回転判定値よりも高く、かつ所定の高回転判定値以下であると判定された場合に、前記機関回転数を上昇させる中回転領域の回転数制御手段を備えてなる請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記燃焼室内に気流を発生させる気流発生手段を備え、
前記プレイグニッション抑制手段は、前記発生要因推定手段により前記機関回転数が所定の低回転判定値よりも高く、かつ所定の高回転判定値以下であると判定された場合に、前記気流発生手段により前記燃焼室内に気流を発生させる気流制御手段を備えてなる請求項１乃至５のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記プレイグニッション抑制手段は、前記発生要因推定手段により前記機関回転数が所定の高回転判定値よりも高いと判定された場合に、前記機関回転数を低下させる高回転領域の回転数制御手段を備えてなる請求項１乃至６のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記プレイグニッション抑制手段は、前記発生要因推定手段により前記機関回転数が所定の高回転判定値よりも高いと判定された場合に、燃料噴射量を増量させる噴射増量手段を備えてなる請求項１乃至７のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
内燃機関の出力を一定とした状態でトルクと機関回転数との比率を調整することが可能な調整手段を備え、
前記回転数制御手段は、前記調整手段により一定の出力を維持しつつ前記機関回転数を変化させる構成としてなる請求項３，５，７のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
プレイグニッションの発生履歴がある運転領域で再び運転が行われるのを回避するプレイグニッション再発回避手段を備えてなる請求項１乃至９のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
プレイグニッションが発生したことを報知する報知手段を備えてなる請求項１乃至１０のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１】
内燃機関の機関回転数を取得する回転数取得手段と、
内燃機関の燃焼室内で発生するプレイグニッションを検出するプレイグニッション検出手段と、
前記プレイグニッション検出手段によりプレイグニッションが検出された場合に、前記機関回転数に基いてプレイグニッションの発生要因を推定する発生要因推定手段と、
プレイグニッションが検出された場合に、前記発生要因推定手段により推定した発生要因に基いて個々の発生要因に応じた制御を実行し、プレイグニッションを抑制するプレイグニッション抑制手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記発生要因推定手段は、プレイグニッションの発生要因がそれぞれ異なる領域として設定された複数の回転数領域を備え、前記機関回転数が何れの回転数領域に属するかを判定することにより前記発生要因を推定する構成としてなる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記プレイグニッション抑制手段は、前記発生要因推定手段により前記機関回転数が所定の低回転判定値以下であると判定された場合に、前記機関回転数を上昇させる低回転領域の回転数制御手段を備えてなる請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射手段を備え、
前記プレイグニッション抑制手段は、前記発生要因推定手段により前記機関回転数が所定の低回転判定値以下であると判定された場合に、前記燃料噴射手段により圧縮行程で燃料を噴射する圧縮行程燃料噴射手段を備えてなる請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記プレイグニッション抑制手段は、前記発生要因推定手段により前記機関回転数が所定の低回転判定値よりも高く、かつ所定の高回転判定値以下であると判定された場合に、前記機関回転数を上昇させる中回転領域の回転数制御手段を備えてなる請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記燃焼室内に気流を発生させる気流発生手段を備え、
前記プレイグニッション抑制手段は、前記発生要因推定手段により前記機関回転数が所定の低回転判定値よりも高く、かつ所定の高回転判定値以下であると判定された場合に、前記気流発生手段により前記燃焼室内に気流を発生させる気流制御手段を備えてなる請求項１乃至５のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記プレイグニッション抑制手段は、前記発生要因推定手段により前記機関回転数が所定の高回転判定値よりも高いと判定された場合に、前記機関回転数を低下させる高回転領域の回転数制御手段を備えてなる請求項１乃至６のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記プレイグニッション抑制手段は、前記発生要因推定手段により前記機関回転数が所定の高回転判定値よりも高いと判定された場合に、燃料噴射量を増量させる噴射増量手段を備えてなる請求項１乃至７のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
内燃機関の出力を一定とした状態でトルクと機関回転数との比率を調整することが可能な調整手段を備え、
前記回転数制御手段は、前記調整手段により一定の出力を維持しつつ前記機関回転数を変化させる構成としてなる請求項３，５，７のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
プレイグニッションの発生履歴がある運転領域で再び運転が行われるのを回避するプレイグニッション再発回避手段を備えてなる請求項１乃至９のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
プレイグニッションが発生したことを報知する報知手段を備えてなる請求項１乃至１０のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１６３３２２（Ｐ２０１１−１６３３２２Ａ）
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３０４０８（Ｐ２０１０−３０４０８）
【出願日】平成２２年２月１５日（２０１０．２．１５）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１５日（２０１０．２．１５）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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