内燃機関の制御装置
【課題】この発明は、内燃機関の制御装置に関し、プレイグニッションが発生する予兆を検知できるようにすることを目的とする。
【解決手段】各気筒の燃焼室壁面１４ａ、吸気通路１６、および排気通路１８のそれぞれに、筒内ガスもしくは排気ガス中の赤色発光を検出するための光検出装置４６を備える。また、それぞれの光検出装置４６に対して、赤色発光強度を演算するための演算装置４８を接続する。膨張行程および排気行程における筒内ガス中に、排気ガス中に、または、吸気弁３４の開弁期間における筒内ガス中に赤色発光が検出された場合に、プレイグニッションが発生する予兆があると判定する。
【解決手段】各気筒の燃焼室壁面１４ａ、吸気通路１６、および排気通路１８のそれぞれに、筒内ガスもしくは排気ガス中の赤色発光を検出するための光検出装置４６を備える。また、それぞれの光検出装置４６に対して、赤色発光強度を演算するための演算装置４８を接続する。膨張行程および排気行程における筒内ガス中に、排気ガス中に、または、吸気弁３４の開弁期間における筒内ガス中に赤色発光が検出された場合に、プレイグニッションが発生する予兆があると判定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、異常燃焼（プレイグニッションなど）の予防を図るうえで好適な内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、火花点火機関用プレイグニッション検出装置が開示されている。この従来の検出装置は、点火時期の直前のタイミングにおいて筒内ガスの燃焼時に発生する光のうちの近赤外線よりも長い波長の光を捕らえるようにしたうえで、捕らえられた光の信号と点火時期信号との時間差からプレイグニッション発生の有無を判定するというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５７−７３６４７号公報
【特許文献２】特開平６−１９３８６６号公報
【特許文献３】特開平２−１３６５６６号公報
【特許文献４】特開平１−１７０７４２号公報
【特許文献５】特開２００８−２２７９号公報
【特許文献６】特開２００４−６８７７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載の手法は、点火時期の直前のタイミングにおける筒内ガスの発光の検出の有無に応じて、プレイグニッションが実際に発生したか否かを判別するというものである。つまり、この手法は、プレイグニッションの発生を予測するものではなく、その結果、プレイグニッションの発生を予防するための対策として用いることはできないものである。また、近赤外線よりも長い波長の光を利用する手法では、筒内を浮遊し、異常燃焼の着火源となり得る固形物（デポジットやオイルなど）の発光に対する感度が低い。
【０００５】
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、プレイグニッションなどの異常燃焼が発生する予兆を検知できるようにした内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の筒内を浮遊するもしくは排気通路を通過する固形物が存在するか否かを判定する固形物判定手段と、
前記固形物判定手段によって筒内を浮遊するもしくは排気通路を通過する固形物が存在すると判定された場合に、異常燃焼が発生する予兆があると判定する異常燃焼予兆判定手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記固形物判定手段は、筒内から排出される排気ガス中の黄色から赤色の波長領域の発光を検出する発光検出手段を含み、前記発光検出手段によって排気ガス中に黄色から赤色の波長領域の発光が検出された場合に、排気通路を通過する固形物が存在すると判定することを特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明は、第１の発明において、
前記固形物判定手段は、前記内燃機関の膨張行程および排気行程のうちの少なくとも一部の期間において筒内ガス中の黄色から赤色の波長領域の発光を検出する発光検出手段を含み、前記発光検出手段によって筒内ガス中に黄色から赤色の波長領域の発光が検出された場合に、筒内を浮遊する固形物が存在すると判定することを特徴とする。
【０００９】
また、第４の発明は、第１の発明において、
前記固形物判定手段は、前記内燃機関の吸気弁の開弁期間において筒内ガス中の黄色から赤色の波長領域の発光を検出する発光検出手段を含み、前記発光検出手段によって筒内ガス中に黄色から赤色の波長領域の発光が検出された場合に、筒内を浮遊する固形物が存在すると判定することを特徴とする。
【００１０】
また、第５の発明は、第１の発明において、
前記固形物判定手段は、圧縮上死点付近のタイミングにおける筒内ガス中の黄色から赤色の波長領域の発光を検出する発光検出手段を含み、前記発光検出手段によって筒内ガス中に黄色から赤色の波長領域の発光が検出された場合に、筒内を浮遊する固形物が存在すると判定することを特徴とする。
【００１１】
また、第６の発明は、第１の発明において、
前記固形物判定手段は、燃焼光を検出する発光検出手段を含み、前記発光検出手段により検出された燃焼光の強度が所定値よりも高い場合に、筒内を浮遊する固形物が存在すると判定することを特徴とする。
【００１２】
また、第７の発明は、第６の発明において、
前記固形物判定手段は、前記発光検出手段により検出された５５０〜５６０ｎｍの波長の発光の強度が所定値よりも高い場合に、筒内を浮遊する固形物が存在すると判定することを特徴とする。
【００１３】
また、第８の発明は、第６の発明において、
前記固形物判定手段は、前記発光検出手段により検出された５８０〜６００ｎｍの波長の発光の強度が所定値よりも高い場合に、筒内を浮遊する固形物が存在すると判定することを特徴とする。
【００１４】
また、第９の発明は、第６の発明において、
前記固形物判定手段は、前記発光検出手段により検出された６１０〜６３０ｎｍの波長の発光の強度が所定値よりも高い場合に、筒内を浮遊する固形物が存在すると判定することを特徴とする。
【００１５】
また、第１０の発明は、第１の発明において、
前記固形物判定手段は、排気ガスに含まれる固形物の帯電量に応じた出力を発するセンサを含み、前記内燃機関のサイクル毎に判定される当該センサの出力が所定値以上である場合に、排気通路を通過する固形物が存在すると判定することを特徴とする。
【００１６】
また、第１１の発明は、第１〜第１０の発明の何れか１つにおいて、
前記異常燃焼予兆判定手段により異常燃焼が発生する予兆があると判定された場合に、当該判定の後に予定される所定数の燃焼における異常燃焼の発生を回避するための所定の異常燃焼回避制御を実行する異常燃焼予防手段を更に備えることを特徴とする。
【００１７】
また、、第１２の発明は、第１１の発明において、
吸気通路に配置され、筒内の気流を制御するための気流制御弁を更に備え、
前記異常燃焼予防手段は、前記異常燃焼回避制御として、筒内の気流が強化されるように前記気流制御弁を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
ノックの発生によって筒内壁面に付着したデポジットが剥がれることがある。そして、剥がれたデポジットは、燃焼しながら筒内を浮遊して次サイクル以降にまで残留することがある。このようなデポジットやオイル液滴の燃え残りなどの固形物が筒内に残留すると、それが着火源となり、プレイグニッションなどの異常燃焼の発生要因の１つとなることが分かった。このため、筒内を浮遊する固形物が存在する状況下では、次サイクル以降においてプレイグニッションの発生確率が高いと判断することができる。また、筒内から排出された排気ガス中に上記固形物が含まれているような場合には、筒内を浮遊しながら次サイクル以降にまで残留する固形物が存在している可能性が高く、その結果として、次サイクル以降において異常燃焼の発生確率が高いと判断することができる。したがって、第１の発明によれば、固形物判定手段を用いて筒内を浮遊するもしくは排気通路を通過する固形物が存在すると判定された場合に、異常燃焼が発生する予兆があると判定することが可能となる。
【００１９】
排気ガス中の黄色から赤色の波長領域の発光が検出された場合には、赤熱したデポジットなどの、発光している固形物が排気ガス中に存在すると判断することができる。このため、第２の発明によれば、発光検出手段を用いて当該発光が検出されたことをもって、排気通路を通過する固形物が存在すると判定することが可能となる。
【００２０】
また、膨張行程および排気行程においてノックの発生によって筒内を浮遊するデポジットなどの固形物が生じている状況下では、次サイクル以降においてプレイグニッションの発生確率が高いと判断することができる。膨張行程および排気行程のうちの少なくとも一部の期間において筒内ガス中の黄色から赤色の波長領域の発光が検出された場合には、赤熱したデポジットなどの、発光している固形物が筒内ガス中に存在すると判断することができる。このため、第３の発明によれば、発光検出手段を用いて当該発光が検出されたことをもって、筒内を浮遊する固形物が存在すると判定することが可能となる。
【００２１】
また、吸気弁の開弁期間中においてノックの発生によって筒内を浮遊するデポジットなどの固形物が生じている状況下では、今回のサイクル以降においてプレイグニッションの発生確率が高いと判断することができる。吸気弁の開弁期間において筒内ガス中の黄色から赤色の波長領域の発光が検出された場合には、赤熱したデポジットなどの、発光している固形物が筒内ガス中に存在すると判断することができる。このため、第４の発明によれば、当該発光が検出されたことをもって、筒内を浮遊する固形物が存在すると判定することが可能となる。
【００２２】
また、圧縮上死点付近のタイミングにおいて筒内ガス中の黄色から赤色の波長領域の発光が検出された場合にも、次サイクル以降においてプレイグニッションの発生確率が高いと判断することができる。圧縮上死点付近のタイミングにおける筒内ガス中の黄色から赤色の波長領域の発光が検出された場合には、赤熱したデポジットなどの、発光している固形物が筒内ガス中に存在すると判断することができる。このため、第５の発明によれば、当該発光が検出されたことをもって、筒内を浮遊する固形物が存在すると判定することが可能となる。
【００２３】
筒内を浮遊する固形物が存在する場合には、燃焼光の強度が高くなる。このため、第６の発明によれば、発光検出手段によって検出された燃焼光の強度が所定値よりも高いか否かの判断に基づいて、筒内を浮遊する固形物が存在するか否かを判定することが可能となる。
【００２４】
第７の発明によれば、５５０〜５６０ｎｍの波長領域において検出される、Ｃａを由来とする発光スペクトルを利用して、良好な感度で筒内を浮遊する固形物が存在するか否かを判定することができる。
【００２５】
第８の発明によれば、５８０〜６００ｎｍの波長領域において検出される、Ｎａを由来とする発光スペクトルを利用して、良好な感度で筒内を浮遊する固形物が存在するか否かを判定することができる。
【００２６】
第９の発明によれば、６１０〜６３０ｎｍの波長領域において検出される、Ｃａを由来とする発光スペクトルを利用して、良好な感度で筒内を浮遊する固形物が存在するか否かを判定することができる。
【００２７】
第１０の発明によれば、固形物の発光の検出を利用しない他の手法で、排気通路を通過する固形物が存在するか否かを判定することができる。
【００２８】
第１１の発明によれば、上記第１〜第１０の発明の何れかによって異常燃焼が発生する予兆があると判定された場合に、上記異常燃焼回避制御を実行することによって、異常燃焼の発生を未然に予防することが可能となる。
【００２９】
第１２の発明によれば、異常燃焼が発生する予兆があると判定された場合に筒内の気流が強化されるように気流制御弁を制御することにより、異常燃焼を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【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図である。
【図２】気流制御弁周りの構成を説明するための図である。
【図３】筒内に存在するデポジットに起因するプレイグニッションの発生メカニズムを説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態１において実行されるプレイグニッションの回避制御の一例を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態１において実行されるプレイグニッションの回避制御の他の一例を説明するための図である。
【図６】プレイグニッションの発生領域を判定するために、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。
【図７】プレイグニッション発生の予兆の有無を判別するために、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。
【図８】プレイグ回避制御を実現するために、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。
【図９】同一運転条件下における個々のプレイグ回避制御の効果を比較した図である。
【図１０】通常点火時とプレイグニッション発生時との間で、燃焼光の平均発光強度と波長との関係（発光スペクトル）を表した図である。
【図１１】プレイグニッションの発生時における、燃焼による熱発生率の変化と、Ｎａ由来の発光スペクトルが見られる５８０〜６００ｎｍの波長領域における平均発光強度との関係を表した図である。
【図１２】５８０〜６００ｎｍの波長領域の光の平均発光強度のピーク値と、内燃機関のサイクルの経過との関係を表した図である。
【図１３】プレイグ回避制御を実現するために、本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図１４】連続するサイクルにおけるＰＭセンサの出力波形を表した図である。
【図１５】プレイグニッション発生の予兆判定、および予兆が認められる場合のプレイグ回避制御を実現するために、本発明の実施の形態３において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図１６】排気通路を通過する所定の大きさ以上の固形物の他の検出手法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
実施の形態１．
［システム構成の説明］
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に示すシステムは、ターボ過給機２４付きの火花点火式内燃機関（一例としてガソリンエンジン）１０を備えている。内燃機関１０の各気筒内には、ピストン１２が設けられている。各気筒内には、ピストン１２の頂部側に燃焼室１４が形成されている。燃焼室１４には、吸気通路１６および排気通路１８が連通している。
【００３２】
吸気通路１６の入口には、エアクリーナ２０が取り付けられている。エアクリーナ２０には、吸気通路１６に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ２２が設けられている。エアフローメータ２２よりも下流側の吸気通路１６には、ターボ過給機２４のコンプレッサ２４ａが配置されている。更に、コンプレッサ２４ａよりも下流側の吸気通路１６には、電子制御式のスロットルバルブ２６が設けられている。また、排気通路１８には、ターボ過給機２４のタービン２４ｂが配置されている。
【００３３】
各気筒には、燃焼室１４内（筒内）に燃料を直接噴射するための燃料噴射弁２８が設けられている。また、各気筒には、燃焼室１４内の混合気に点火するための点火プラグ３０が設けられている。点火プラグ３０は、点火コイル３２に接続されている。更に、各気筒には、吸気通路１６の吸気ポートおよび排気通路１８の排気ポートを開閉するための吸気弁３４および排気弁３６がそれぞれ設置されている。
【００３４】
吸気弁３４および排気弁３６は、それぞれ吸気可変動弁機構３８および排気可変動弁機構４０により駆動される。これらの可変動弁機構３８、４０は、クランク軸４２の回転位相に対する各カム軸（図示省略）の回転位相を変化させることにより吸気弁３４または排気弁３６の開閉時期を所定範囲内で変更可能とする可変バルブタイミング機構を含むものである。このような可変動弁機構３８、４０によれば、排気弁３６の開弁期間と吸気弁３４の開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間を調整することができる。また、クランク軸４２の近傍には、クランク角度を検出するためのクランク角センサ４４が配置されている。
【００３５】
また、各気筒の燃焼室壁面１４ａには、筒内ガス中の赤色発光を検出するための光検出装置４６が取り付けられている。また、吸気通路１６にも、吸気弁３４の開弁期間中の筒内ガス中の赤色発光を検出するために上記光検出装置４６が取り付けられている。更に、排気通路１８にも、筒内から排出された排気ガス中の赤色発光を検出するために上記光検出装置４６が取り付けられている。光検出装置４６としては、例えば、特開昭５７−７３６４７号公報に記載の発光検出部と同様の構成を有する装置を用いることができる。すなわち、光検出装置４６は、例えば、光センサ（フォトダイオードやフォトトランジスタなど）と、検出対象の波長の光（本実施形態では、赤色光）のみを選択的に透過する光学フィルタとを備えるものによって構成することができる。また、それぞれの光検出装置４６は、赤色発光強度を演算するための演算装置４８に接続されている。演算装置４８は、検出した光の光量に応じて値の異なる光検出装置４６の出力電流値を利用して、赤色発光強度を演算する。
【００３６】
図１に示すシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０を備えている。ＥＣＵ５０の入力部には、上述したエアフローメータ２２、クランク角センサ４４、および、演算装置４８を介した光検出装置４６に加え、排気通路１８を流れるＰＭ（粒子状物質）の量を検出するためのＰＭセンサ５２、および、吸気カム軸（もしくは排気カム軸）の回転角度であるカム角を検出するためのカム角センサ５４等の内燃機関１０の運転状態や燃焼状態を検知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、上述したスロットルバルブ２６、燃料噴射弁２８、点火コイル３２および可変動弁機構３８、４０に加え、筒内の気流を制御するための気流制御弁５６（図２参照）等の内燃機関１０の運転を制御するための各種のアクチュエータが接続されている。
【００３７】
図２は、気流制御弁５６周りの構成を説明するための図である。
吸気通路１６における吸気弁３４に近い部位（吸気ポート）には、吸気通路１６を図２に示すように上下２つの通路１６ａ、１６ｂに仕切るための隔壁５８が設けられている。気流制御弁５６は、隔壁５８によって２つに仕切られた吸気通路１６のうちの下側の通路１６ａを開閉可能な弁として備えられている。このような構成によれば、気流制御弁５６によって上記下側の通路を閉じることにより上側の通路１６ｂを流れる吸気の流速を高めることができ、図２に示すように、筒内気流（この場合には、タンブル流）を強化することができる。
【００３８】
ＥＣＵ５０は、上述した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ものである。また、ＥＣＵ５０は、クランク角センサ４４により検出されるクランク角度の変化率に基づいてエンジン回転数Ｎｅを算出し、エアフローメータ２２により検出される吸入空気量および上記エンジン回転数Ｎｅに基づいて、内燃機関１０の充填効率（負荷率）ＫＬを算出する。更に、ＥＣＵ５０は、クランク角センサ４４により検出されるクランク角度を利用して、点火時期を演算する。
【００３９】
［プレイグニッションの予兆の検出手法］
図３は、筒内に存在するデポジットに起因するプレイグニッションの発生メカニズムを説明するための図である。
内燃機関１０の低回転高負荷領域は、正常な点火時期よりも前に混合気が自着火する現象（プレイグニッション）が発生し得る領域である。このようなプレイグニッションの発生原因の１つとして、燃焼室１４内の赤熱したデポジットやオイル液滴の燃え残り等の筒内に浮遊する固形物が着火源となっている可能性があることが分かった。例えば、図３（Ａ）に示すように、ノックの発生によって筒内壁面に付着したデポジットが剥がれることがある。そして、剥がれたデポジットが燃焼しながら筒内を浮遊して次サイクル以降にまで残留した場合には、図３（Ｂ）に示すように、筒内に残留したデポジットが着火源となり、プレイグニッションの発生要因の１つとなることが分かった。
【００４０】
上記知見によれば、ノックの発生によって筒内を浮遊するデポジットが生じている状況下では、次サイクル以降においてプレイグニッションの発生確率が高いと判断することができる。また、筒内から排出された排気ガス中に上記デポジットが含まれているような場合には、筒内を浮遊しながら次サイクル以降にまで残留するデポジットが筒内に存在している可能性が高く、その結果として、このような場合においても、次サイクル以降においてプレイグニッションの発生確率が高いと判断することができる。また、筒内に堆積したデポジットの剥がれが発生する要因は上記のようにノックの発生であるため、上記発生要因によるプレイグニッションは、ノックが発生したサイクル以降にて発生し易いといえる。
【００４１】
そこで、本実施形態では、プレイグニッションの発生が懸念される上記低回転高負荷領域の使用時に、筒内を浮遊するデポジットの存在やノック後に生ずるすすの存在を検出することによって、上記発生要因によるプレイグニッションが発生する予兆を検出することとした。
【００４２】
具体的には、燃焼室壁面１４ａに取り付けた光検出装置４６を用いて、膨張行程および排気行程における燃焼光（デポジットの赤色発光やノック後に生ずるすすの赤色発光）を検出した時に、次サイクル以降におけるプレイグニッション発生の予兆があると判定するようにした。
【００４３】
また、排気通路１８に取り付けた光検出装置４６を用いて、筒内から排出される排気ガス中の発光（デポジットの赤色発光やノック後に生ずるすすの赤色発光）を検出した時に、今回のサイクルにおいて筒内に残留するデポジットが存在している可能性が高く、その結果として、次サイクル以降におけるプレイグニッション発生の予兆があると判定するようにした。
【００４４】
更に、吸気通路１６に取り付けた光検出装置４６を用いて、吸気弁３４の開弁期間中における筒内の発光（デポジットの赤色発光やノック後に生ずるすすの赤色発光）を検出した時に、今回のサイクル（赤色発光を検出した吸気行程が属するサイクル）以降におけるプレイグニッション発生の予兆があると判定するようにした。
【００４５】
また、本実施形態では、圧縮行程中の点火時期の到来前のタイミングにおいて筒内ガス中の発光を検出した時には、プレイグニッションが実際に発生したと判定するようにした。
【００４６】
［プレイグニッションの回避制御］
図４は、本発明の実施の形態１において実行されるプレイグニッションの回避制御の一例を説明するための図であり、図５は、本発明の実施の形態１において実行されるプレイグニッションの回避制御の他の一例を説明するための図である。
【００４７】
本実施形態では、上述した手法によって、プレイグニッションが発生する予兆があると判断された場合、またはプレイグニッションが実際に発生したと判断された場合には、次のようなプレイグニッションを回避するためのプレイグ回避制御を実行するようにしている。
【００４８】
先ず、図４に示す手法は、プレイグニッション発生の予兆があると判定された場合に、圧縮行程もしくは吸気行程において実行される燃料噴射における燃焼噴射幅（燃焼噴射期間）を増大させるというものである。これにより、筒内の空燃比（Ａ／Ｆ）をリッチにすることで、デポジット周囲の混合気を着火しにくくすることができる。
【００４９】
また、図５に示す手法は、プレイグニッション発生の予兆があると判定された場合に、可変動弁機構３８、４０を用いてバルブオーバーラップ期間を拡大するというものである。内燃機関１０は過給機付き内燃機関であり、プレイグニッションの発生が懸念される運転領域は、以下の図６に示すルーチンにも表されているように過給領域である。そのような過給領域において、バルブオーバーラップ期間を拡大すると、吸気圧力が排気圧力よりも高い状況下であるので、図５に示すように、筒内に供給される新気によって筒内に残留する浮遊デポジットを掃気することができる。更に、これらの手法以外のプレイグ回避制御としては、内燃機関１０が備える気流制御弁５６を利用し、プレイグニッション発生の予兆があると判定された時に、この気流制御弁５６を制御することによって筒内の気流（タンブル流）を強化するという手法を用いるようにしてもよい。尚、上記構成の気流制御弁５６に代え、筒内の気流としてスワール流を制御可能な気流制御弁を備えるようにしたうえで、プレイグニッション発生の予兆があると判定された時に、スワール流を強化するようにしてもよい。
【００５０】
［実施の形態１における具体的処理］
図６は、プレイグニッションの発生領域を判定するために、ＥＣＵ５０が実行するルーチンを示すフローチャートである。
図６に示すルーチンでは、先ず、現在のエンジン回転数Ｎｅが所定回転数（例えば、２０００ｒ／ｍｉｎ）よりも低いか否かが判定される（ステップ１００）。
【００５１】
上記ステップ１００において現在のエンジン回転数Ｎｅが２０００ｒ／ｍｉｎよりも低いと判定された場合には、次いで、充填効率ＫＬが所定値（例えば、１２０％）よりも高いか否かが判定される（ステップ１０２）。その結果、本ステップ１０２の判定が成立する場合、つまり、現在の内燃機関１０の運転領域がプレイグニッションの発生が懸念される所定の低回転高負荷領域であると判断できる場合には、次いで、以下の図７に示すルーチンの処理が実行される。
【００５２】
図７は、プレイグニッション発生の予兆の有無を判別するために、ＥＣＵ５０が実行するルーチンを示すフローチャートである。尚、本ルーチンの処理は、上記ステップ１０２の判定が成立している間（プレイグニッションの発生が懸念される上記低回転高負荷領域が使用される間）、各気筒においてサイクル毎に繰り返し実行されるものとする。
【００５３】
図７に示すルーチンでは、先ず、燃焼室壁面１４ａに取り付けられた光検出装置４６を用いて、膨張行程および排気行程における筒内ガスの燃焼光の色が検出されたうえで、対応する演算装置４８を用いて当該燃焼光の赤色発光強度が算出される（ステップ２００）。
【００５４】
次に、上記ステップ２００において検出された燃焼光の赤色発光強度が通常燃焼時の値（所定の強度）よりも高いか否かが判定される（ステップ２０２）。具体的には、ＥＣＵ５０には、通常燃焼時における膨張行程および排気行程での筒内ガスの燃焼光の赤色発光強度が予め実験等によって取得されたうえで記憶されている。本ステップ２０２では、上記光検出装置４６によって今回検出された燃焼光の赤色発光強度が、ＥＣＵ５０に記憶されている通常燃焼時の値と比較される。通常燃焼時の燃焼光には青色の光が多く含まれているのに対し、上述したデポジットやすすといった固形物が筒内を浮遊している場合には、それらが発する赤色光によって燃焼光の赤色発光強度が高くなる。従って、本ステップ２０２の処理によれば、今回のサイクルの膨張行程および排気行程中の筒内に上記のデポジットやすすが浮遊しているか否かを判定することが可能となる。
【００５５】
上記ステップ２０２における判定が成立した場合、すなわち、今回のサイクルの膨張行程および排気行程中の筒内に上記のデポジットやすすが浮遊していると判断できる場合には、次サイクル以降においてプレイグニッションが発生する予兆があると判定される（ステップ２０４）。この場合には、次いで、図８を参照して後述する所定のプレイグ回避制御が実行される（ステップ２０６）。
【００５６】
一方、上記ステップ２０２において、今回のサイクルの膨張行程および排気行程中の筒内に上記のデポジットやすすの赤色光が検出されなかった場合には、次いで、排気通路１８に取り付けられた光検出装置４６を用いて、排気通路１８を流れる排気ガスが発する光の色が検出される（ステップ２０８）。次いで、上記ステップ２０２と同様の手法によって、今回のサイクルにおいて排気通路１８を流れる排気ガス中に上記のデポジットやすすが存在しているか否かが判定される（ステップ２１０）。
【００５７】
上記ステップ２１０における判定が成立した場合、すなわち、今回のサイクルにおいて排気通路１８を流れる排気ガス中に上記のデポジットやすすが存在していると判断できる場合にも、次サイクル以降においてプレイグニッションが発生する予兆があると判定される（ステップ２１２）。そして、この場合にも、後述するプレイグ回避制御が実行される（ステップ２０６）。
【００５８】
一方、上記ステップ２１０において、今回のサイクルにおいて排気通路１８を流れる排気ガス中に上記のデポジットやすすの赤色光が検出されなかった場合には、次いで、吸気通路１６に取り付けられた光検出装置４６を用いて、吸気弁３４の開弁期間中における筒内ガスの色が検出される（ステップ２１４）。次いで、上記ステップ２１２と同様の手法によって、今回のサイクルの吸気弁３４の開弁期間中の筒内に上記のデポジットやすすが浮遊しているか否かが判定される（ステップ２１６）。
【００５９】
上記ステップ２１６における判定が成立した場合、すなわち、今回のサイクルの吸気弁３４の開弁期間中の筒内に上記のデポジットやすすが存在していると判断できる場合にも、今回のサイクル以降においてプレイグニッションが発生する予兆があると判定される（ステップ２１８）。そして、この場合にも、後述するプレイグ回避制御が実行される（ステップ２０６）。
【００６０】
一方、上記ステップ２１６において、今回のサイクルの吸気弁３４の開弁期間中の筒内に上記のデポジットやすすの赤色光が検出されなかった場合には、次いで、燃焼室壁面１４ａに取り付けられた光検出装置４６を用いて、圧縮行程中の点火時期の到来前のタイミングにおける筒内ガス中の発光（赤色光）が計測される（ステップ２２０）。次いで、ステップ２２２において上記発光（赤色光）が検出されたと判定された場合には、今回のサイクルにおいてプレイグニッションが実際に発生したと判定される（ステップ２２４）。尚、プレイグニッションが発生した際の燃焼光の赤色発光強度は、上記デポジット等の赤色発光強度に対して高いため、プレイグニッションの検出のための赤色発光強度の判定値は、上記デポジット等のための判定値よりも高い値となる。
そして、この場合にも、プレイグニッションの連発を回避すべく、後述するプレイグ回避制御が実行される（ステップ２０６）。
【００６１】
上記図７に示すルーチンには図示されていないが、上述した処理の他に、次のような処理を行うようにしてもよい。すなわち、プレイグニッション発生時に筒内で生ずる光の発光強度は強い。そこで、点火時期の到来前の上記燃焼光の検出に代え、もしくはそれとともに、燃焼期間である圧縮上死点付近のタイミングにおける筒内ガスの赤色発光強度に基づいてプレイグニッションが実際に発生したか否かを判別してもよい。そして、実際にプレイグニッションが検出された場合には、プレイグニッションの連発を回避するために、上記プレイグ回避制御を行うようにしてもよい。
更に付け加えると、圧縮上死点付近のタイミングにおいて筒内ガスの発光が検出された場合には、検出されたサイクルにおいてプレイグニッションが実際に発生したと判定できるだけでなく、次サイクル以降の数サイクルにおいても、プレイグニッションの発生確率が高いと判断することができる。具体的には、デポジットやオイル液滴の燃え残り等の、筒内を浮遊する固形物が起点となって着火してプレイグニッションが発生した場合には、図１０を参照して後述するように、そのような固形物の発光に起因して特定の波長の発光強度が高くなる。そのような波長の光を検出することで、筒内を浮遊するデポジット等の固形物が存在すると判定することができる。そして、このように判定された状況下では、次サイクル以降においてプレイグニッションの発生確率が高いと判断することができる。このように、圧縮上死点付近のタイミングにおいて筒内ガスの発光を検出する（本発明における「発光検出手段」に相当）ことによっても、プレイグニッション発生の予兆を検出することができる。
【００６２】
図８は、上記プレイグ回避制御を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。
図８に示すルーチンでは、先ず、上記ステップ２０６に進んだ時点から所定のサイクル数（例えば、１０サイクル）に渡って、燃焼噴射幅（燃焼噴射期間）を所定量（例えば、３割）増大させることによって燃料増量が実行される（ステップ３００）。
【００６３】
次に、上記ステップ２０６に進んだ時点から所定のサイクル数（例えば、１００サイクル）に渡って、吸気可変動弁機構３８を用いた吸気弁３４の開き時期の進角（ステップ３０２）と、排気可変動弁機構４０を用いた排気弁３６の閉じ時期の遅角（ステップ３０４）とが実行される。すなわち、これらの処理によって、バルブオーバーラップ期間が拡大される。尚、上記ステップ３００における燃料増量による空燃比のリッチ化は、燃費悪化を伴う対策であるため、ここでは、その実施を必要最小限に留め、バルブオーバーラップ期間の拡大による対策の方の実行期間を長くしている。
【００６４】
以上説明した図６、７に示すルーチンによれば、プレイグニッションの発生が懸念される低回転高負荷領域の使用時に、膨張行程および排気行程における筒内の火炎の赤色発光強度が通常燃焼時の値よりも高いと判定された場合には、今回のサイクルの膨張行程および排気行程中の筒内に上記のデポジットやすすといった固形物が浮遊していると判断することができる。そして、既述した知見によれば、膨張行程および排気行程においてノックの発生によって筒内を浮遊するデポジットやすすが生じている状況下では、次サイクル以降においてプレイグニッションの発生確率が高いと判断することができる。このため、このような処理によれば、プレイグニッションが発生する予兆があると判断することができる。つまり、近い将来におけるプレイグニッションの発生を予測することができるといえる。
【００６５】
また、上記図６、７に示すルーチンによれば、プレイグニッションの発生が懸念される低回転高負荷領域の使用時に、排気通路１８を流れる排気ガスが発する赤色発光強度が通常燃焼時の値よりも高いと判定された場合には、今回のサイクルにおいて排気通路１８を流れる排気ガス中に上記のデポジットやすすといった固形物が存在していると判断することができる。そして、既述した知見によれば、筒内から排出された排気ガス中に上記のデポジットやすすが含まれているような場合には、筒内を浮遊しながら次サイクル以降にまで残留する上記デポジットが存在している可能性が高く、その結果として、このような場合においても、次サイクル以降においてプレイグニッションの発生確率が高いと判断することができる。このため、この場合の処理によっても、プレイグニッションが発生する予兆があると判断することができる。
【００６６】
更に、上記図６、７に示すルーチンによれば、プレイグニッションの発生が懸念される低回転高負荷領域の使用時に、吸気弁３４の開弁期間中における筒内ガスが発する赤色発光強度が通常燃焼時の値よりも高いと判定された場合には、今回のサイクルの吸気弁３４の開弁期間中の筒内に上記のデポジットやすすといった固形物が存在していると判断することができる。そして、既述した知見によれば、吸気弁３４の開弁期間中においてノックの発生によって筒内を浮遊するデポジットやすすが生じている状況下では、今回のサイクル（赤色発光を検出した吸気行程が属するサイクル）以降においてプレイグニッションの発生確率が高いと判断することができる。このため、この場合の処理によっても、プレイグニッションが発生する予兆があると判断することができる。
【００６７】
そして、上記図８に示すルーチンによれば、上述した各手法によってプレイグニッションが発生する予兆があると判断できる場合には、上記プレイグ回避制御を実行することによって、プレイグニッションの発生を未然に予防するという対策をとることが可能となる。このように、本実施形態の手法によれば、プレイグニッションの回避行動を余裕をもって行うことが可能となる。
【００６８】
また、上記図７、８に示すルーチンによれば、プレイグニッションの発生の予兆を検知したうえでプレイグ回避制御が行われるようになっているので、プレイグニッションの発生が懸念される運転領域に差し掛かった際に一律にプレイグ回避制御を行うようにする場合に比べ、不必要なプレイグ回避制御の実施を抑制し、当該プレイグ回避制御を効率良く実行できるようになる。更に付け加えると、本実施形態におけるプレイグニッション発生の予兆の検出、およびその後のプレイグ回避制御は、筒内壁面に付着したデポジットの剥がれをもたらすような大きなノックを伴うプレイグニッションを回避する技術として有効なものである。
【００６９】
図９は、同一運転条件下における個々のプレイグ回避制御の効果を比較した図である。
図９中に「通常」と付して示す値は、本実施形態のプレイグ回避制御が行われない場合のプレイグニッションの発生頻度を示している。図９より、バルブオーバーラップ期間（Ｏ／Ｌ期間）の拡大によるプレイグ回避制御が実行された場合には、「通常」時と比べ、プレイグニッションの発生頻度を下げられることがわかる。更に、燃料噴射幅の増大による空燃比Ａ／Ｆのリッチ化によるプレイグ回避制御によれば、バルブオーバーラップ期間の拡大を利用した時に比べ、プレイグニッションの発生頻度をより下げられることがわかる。
【００７０】
尚、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が上記ステップ２００および２０２、２０８および２１０、並びに、２１４および２１６の処理を実行することにより前記第１の発明における「固形物判定手段」が実現されており、ＥＣＵ５０が上記ステップ２０２、２１０または２１６の判定が成立する場合に上記ステップ２０４、２１２または２１８の処理をそれぞれ実行することにより前記第１の発明における「異常燃焼予兆判定手段」が実現されている。
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が上記ステップ２０８および２１０の処理を実行することにより前記第２の発明における「発光検出手段」が実現されている。
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が上記ステップ２００および２０２の処理を実行することにより前記第３の発明における「発光検出手段」が実現されている。
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が上記ステップ２１４および２１６の処理を実行することにより前記第４の発明における「発光検出手段」が実現されている。
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が上記ステップ２０６の処理およびそれに続く上記図８に示すルーチンの一連の処理を実行することにより前記第１１の発明における「異常燃焼予防手段」が実現されている。
【００７１】
実施の形態２．
次に、図１０乃至図１３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および図２に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ５０に図８に示すルーチンに代えて後述の図１３に示すルーチンを実行させることにより実現することができるものである。すなわち、本実施形態のシステムは、上述した実施の形態１のシステムに対し、プレイグニッション発生の予兆もしくは実際の発生が判定された場合に行われるプレイグ回避制御の実施態様において、以下に説明するように相違している。
【００７２】
図１０は、通常点火時とプレイグニッション発生時との間で、燃焼光の平均発光強度と波長との関係（発光スペクトル）を表した図である。
図１０に示すように、デポジットやオイル液滴の燃え残り等の筒内を浮遊する固形物が起点となって着火してプレイグニッションが発生した場合（実線）には、そのような固形物の発光に起因して特定の波長の発光強度が通常点火時（破線）と比べて高くなる。これらは、オイルに含まれるＮａやＣａといった金属成分由来の発光スペクトルであり、検出感度が比較的高いものである。より具体的には、図１０に示すように、５８０〜６００ｎｍ（より好ましくは５８５〜５９５ｎｍ）の波長領域において、Ｎａ由来の発光スペクトルが見られる。これ以外にも、５５０〜５６０ｎｍおよび６１０〜６３０ｎｍの波長領域において、Ｃａを由来とする発光スペクトルが見られる。
【００７３】
図１１は、プレイグニッションの発生時における、燃焼による熱発生率の変化と、Ｎａ由来の発光スペクトルが見られる５８０〜６００ｎｍの波長領域における平均発光強度との関係を表した図である。
図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）より、５８０〜６００ｎｍの波長領域を利用して得られたＮａ由来の発光スペクトルの平均発光強度は、プレイグニッションの発生時の着火による熱発生と同時期において強く見られることが分かる。
【００７４】
図１２は、５８０〜６００ｎｍの波長領域の光の平均発光強度のピーク値と、内燃機関１０のサイクルの経過との関係を表した図である。尚、図１２中の白丸で示す点が、連続する各サイクルにおける燃焼光の所定の検出タイミング（例えば、圧縮上死点付近）を示している。
【００７５】
図１２に一例として示すように、筒内を浮遊するデポジット等の存在に起因してプレイグニッションが発生すると、発生サイクルから数サイクルに渡って、Ｎａ由来の発光スペクトルの発光強度が高いサイクルが現れることが多い。従って、図１１（Ｂ）に示すように圧縮上死点付近（特に圧縮上死点後１０°ＣＡ付近）の上記発光スペクトルの平均発光強度が高くなるタイミングにおいて燃焼光を検出することによって、デポジット等の固形物が筒内を浮遊していることを検出することができる。そして、そのような固形物の一部が筒内に残留することで、次サイクル以降においてもプレイグニッションの発生確率が高いと判断することができる。これにより、プレイグニッション発生の予兆を比較的早期に精度良く検出することができる。
【００７６】
本実施形態では、図１２に示すように、５８０〜６００ｎｍの波長領域の光の平均発光強度が所定の閾値（通常燃焼時の値）よりも高い状況が続いている場合には、プレイグニッション発生の予兆が継続して認められる状況にあると判断し、所定のプレイグ回避制御を実施するようにした。尚、ここでは、Ｎａ由来の発光スペクトルが見られる波長領域を例に挙げて説明しているが、判断基準とする光の波長領域は、これ以外に、上述したＣａ由来の発光スペクトルが見られる５５０〜５６０ｎｍや６１０〜６３０ｎｍとしてもよく、更には、上他の金属成分由来の発光スペクトルが見られる波長領域としてもよい。
【００７７】
図１３は、本発明の実施の形態２における態様でのプレイグ回避制御を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、本実施形態において上述した手法、もしくは実施の形態１において上述した手法によってプレイグニッション発生の予兆があると判断された場合に起動されるものとする。
【００７８】
図１３に示すルーチンでは、先ず、プレイグ回避制御の一例である燃料増量が実行される（ステップ４００）。次いで、５８０〜６００ｎｍの波長領域の燃焼光が圧縮上死点付近の所定タイミングにおいて検出される（ステップ４０２）。
【００７９】
次に、５８０〜６００ｎｍの波長領域の発光強度が所定の閾値（通常燃焼時の値）よりも高いか否かが判定される（ステップ４０４）。その結果、本ステップ４０４の判定が成立する場合には、プレイグニッション発生の予兆がある状況が継続していると判断され、ステップ４００以降の処理が繰り返し実行されることになる。一方、本ステップ４０４の判定が不成立となった場合には、プレイグニッション発生の予兆が無くなったものと判断され、プレイグ回避制御が終了される。
【００８０】
以上説明した図１３に示すルーチンによれば、対象とする波長領域の燃料光の発光強度が閾値よりも高い場合に限ってプレイグ回避制御が行われるようにすることで、プレイグ回避制御の実行に伴う弊害（例えば、燃料増量の場合には燃費悪化）を最小限に留めることができる。
【００８１】
ところで、上述した実施の形態１および２においては、筒内ガスもしくは排気ガス中の赤色発光強度を所定の強度（例えば、通常燃焼時の値）と比較することによって、筒内ガスもしくは排気ガス中に上記デポジット等の固形物が存在しているものと判定するようにしている。しかしながら、本発明の発光検出手段の検出対象となる光の波長領域は、赤色の波長領域に限られない。より具体的には、既述したように、通常燃焼時の燃焼光には青色の光が多く含まれているのに対し、上述したデポジットやすすといった固形物が筒内を浮遊している場合には、赤色光だけに限らず、黄色から赤色の波長領域の発光によって燃焼光の黄色から赤色発光強度が高くなる。従って、本発明の発光検出のうちで特に好ましい発光検出の対象は、黄色から赤色の波長領域の光である。尚、本発明の発光検出の対象となる上記の黄色の波長領域の定義には、上述した５５０〜５６０ｎｍが含まれる。また、本発明において筒内ガスもしくは排気ガス中の固形物の存在を判定する手法は、上記の発光強度を利用する手法に限らず、例えば、筒内ガスもしくは排気ガス中の光から所定の波長域の光を抽出するようにしたうえで、そのような光が検出されたことをもって、上記デポジットやすすの赤色から黄色の波長領域の発光が検出されたとするものであってもよい。
【００８２】
また、実施の形態１および２において上述した手法以外にも、検出対象の光の波長領域を黄色から赤色の波長領域に限定せずに燃焼光の強度が所定値よりも高いか否かを判定するようにし、検出された燃焼光の強度が当該所定値よりも高いと判定された場合に、排気通路を通過する上記デポジット等の固形物が存在すると判定するものであってもよい。
【００８３】
尚、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ５０が上記ステップ４０２の処理を実行することにより前記第６の発明における「発光検出手段」が実現されている。
【００８４】
実施の形態３．
次に、図１４乃至図１６を参照して、本発明の実施の形態３およびその変形例について説明する。
【００８５】
上述した実施の形態１および２並びにその変形例においては、筒内のガスや火炎、もしくは排気通路１８を流れる排気ガスの黄色から赤色の波長領域の発光を検出することによって、筒内を浮遊するもしくは排気通路１８を通過する（所定の大きさ以上の）固形物の存在を検出するようにしている。これに対し、以下の本実施形態では、上記の発光の検出を利用せずに排気通路１８を通過する固形物の存在を検出する手法の一例について説明する。
【００８６】
図１４は、連続するサイクルにおけるＰＭセンサ５２の出力波形を表した図である。
ＰＭセンサ５２は、ＰＭ等の固形物の帯電量に基づいて排気ガス中の固形物の量を判定可能なセンサである。ＰＭセンサ５２は、ここでは、排気通路１８の排気マニホールド（図示省略）の集合部（すなわち、すべての気筒からの排気ガスに曝される位置）に配置されているものとする。図１４に示すように、ＰＭセンサ５２からは、燃焼によるＰＭ等の生成物の存在によって出力が常時得られている。ＥＣＵ５０は、連続しているＰＭセンサ５２の出力をサイクル毎に区切って検出範囲を認識する。このようにＰＭセンサ５２の出力が管理されている場合に、あるサイクルにおいて通常検出されるＰＭと比べて大きな固形物がＰＭセンサ５２の近傍を通過すると、図１４に示すように、出力が急激に上昇する（図１４中においては「スパイク」と記載）。
【００８７】
上記のようにＰＭセンサ５２の出力にスパイクが現れたサイクルでは、所定の大きさ（ここでは、ＰＭセンサ５２が検出する平均的なＰＭの大きさ）以上の固形物（オイル液滴の燃え残り、または、筒内に蓄積したデポジット等が剥離した物など）が筒内から排出されたものと判断することができる。このようにして検出されるような、ＰＭに比べて大きな固形物が筒内に残留した場合には、残留した固形物が次のサイクルで着火源になる可能性が高く、より具体的には、点火プラグ３０よりも前に混合気に着火する現象であるプレイグニッションが発生する可能性が高くなる。
【００８８】
そこで、本実施形態では、サイクル毎に判定されるＰＭセンサ５２の出力が所定値以上である場合（上記スパイクが現れたような場合）に、所定の大きさ以上の固形物が排気通路１８を通過したことを検出するようにした。そして、このような手法で上記固形物が排気通路１８を通過したことを検出した場合には、固形物を検出したサイクルの次サイクル以降におけるプレイグニッション発生の予兆があると判定するようにした。また、本実施形態においても、上述した手法によってプレイグニッションが発生する予兆があると判断された場合には、所定のプレイグ回避制御が実行される。
【００８９】
図１５は、本発明の実施の形態３におけるプレイグニッション発生の予兆判定、および予兆が認められる場合のプレイグ回避制御を実現するために、ＥＣＵ５０が実行するルーチンを示すフローチャートである。
【００９０】
図１５に示すルーチンでは、先ず、ＰＭセンサ５２の出力が内燃機関１０のサイクル毎に分離された状態で取得される（ステップ５００）。次いで、ＰＭセンサ５２の出力が所定値以上か否かに基づいて、排気通路１８を流れる排気ガス中に固形物が検出されたか否かが判定される（ステップ５０２）。本ステップ５０２における所定値は、図１４に示すスパイクを検出可能な値として予め設定されたものである。本ステップ５０２の判定が不成立である場合には、ステップ５００に戻される。このような一連の処理によれば、サイクル毎に上記スパイクのようなＰＭセンサ５２の出力上昇の有無が判断されることで、サイクル毎に排気通路１８を固形物が通過したか否かを判定することができる。
【００９１】
一方、上記ステップ５０２の判定が成立した場合には、所定のプレイグ回避制御（燃料増量による空燃比のリッチ化など）が実行される（ステップ５０４）。
【００９２】
既述した知見によれば、以上説明した図１５に示すルーチンにおいてＰＭセンサ５２を用いて排気通路１８をＰＭよりも大きな固形物が通過したと判定された場合には、筒内を浮遊しながら次サイクル以降にまで残留する上記固形物（デポジットなど）が存在している可能性が高く、その結果として、このような場合においても、次サイクル以降においてプレイグニッションの発生確率が高いと判断することができる。このため、上記ルーチンの処理によっても、プレイグニッションが発生する予兆があると判断することができる。そして、サイクル毎のＰＭセンサ５２の出力の判定結果に基づいて上記固形物の存在が認められる間はプレイグ回避制御が実行されるので、プレイグニッションの発生を確実に防止することができる。これにより、内燃機関１０のような過給機付きエンジン、或いは高圧縮比エンジンの信頼性を良好に高めることができる。
【００９３】
また、排気通路１８においてＰＭセンサ５２が配置された部位（上記集合部）には、所定の爆発順序に従って各気筒からの排気ガスが順に到来する。各気筒の排気弁３６からＰＭセンサ５２までの距離は既知であり、各気筒から排出されるガスの流速はエンジン回転数に比例する。従って、ＰＭセンサ５２に各気筒からガスが到達するタイミングに基づいて、ＰＭセンサ５２の発する出力がどの気筒から排出されたガスのものであるかを把握することが可能である。このため、ＰＭセンサ５２に各気筒からガスが到達するタイミングに基づいて、どの気筒においてプレイグニッションが発生する予兆があるのかを判別することができる。
【００９４】
ところで、上述した実施の形態３においては、ＰＭセンサ５２を利用して、所定の大きさ以上の固形物が排気通路１８を通過することを検出するようにしている。しかしながら、本発明において排気通路を通過する固形物の存在を検出するための手法は、上述したものに限られず、例えば、次の図１６を参照して説明する構成を利用するものであってもよい。
【００９５】
図１６は、排気通路１８を通過する所定の大きさ以上の固形物の他の検出手法を説明するための図である。
図１６に示す構成は、排気通路１８の半径方向断面に沿った（言い換えれば、排気通路１８と直交する）シート状の光を、所定の一方向から排気通路１８内に入射するＬＥＤ等の発光体（図示省略）を備えている。発光体は排気通路１８の壁面に設置されている。また、排気通路１８の壁面には、排気通路１８を間に介して発光体と対向する位置に、発光体が発した光を検出するフォトトランジスタなどの検出器（図示省略）が設置されている。
【００９６】
図１６に示す構成が排気通路１８に備えられている場合において、排気通路１８を通過する固形物がシート状の光を通過すると、図１６に示すように、シート状の光の一部が固形物によって遮られるようになる。その結果、検出器によって検知される光量が減衰する。この場合の光量の減衰度合いは、通過する固形物の大きさによって変化する。従って、以上説明した構成を用いて検出器が検知する光量の減衰度合いを判定することによって、所定の大きさ以上の固形物が排気通路１８を通過したことを検出することができる。
【００９７】
尚、上述した実施の形態３においては、ＥＣＵ５０が上記ステップ５００および５０２の処理を実行することにより前記第１０の発明における「固形物判定手段」が実現されている。
【００９８】
ところで、上述した実施の形態１から３においては、ノックの発生に伴って生ずる上記デポジット等の存在に起因して生ずる異常燃焼として、プレイグニッションを例に挙げて説明を行った。しかしながら、本発明は、上記デポジット等の固形物の存在に起因して生ずる異常燃焼であればプレイグニッションに限らず、正常な点火時期よりも後に混合気が自着火する現象（ポストイグニッション）が発生する予兆を検出し、また、当該ポストイグニッションの発生を予防する装置として有効なものである。
【符号の説明】
【００９９】
１０ 内燃機関
１２ ピストン
１４ 燃焼室
１４ａ 燃焼室壁面
１６ 吸気通路
１６ａ 吸気通路の下側の通路
１６ｂ 吸気通路の上側の通路
１８ 排気通路
２０ エアクリーナ
２２ エアフローメータ
２４ ターボ過給機
２６ スロットルバルブ
２８ 燃料噴射弁
３０ 点火プラグ
３２ 点火コイル
３４ 吸気弁
３６ 排気弁
３８ 吸気可変動弁機構
４０ 排気可変動弁機構
４２ クランク軸
４４ クランク角センサ
４６ 光検出装置
４８ 演算装置
５０ ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
５２ ＰＭセンサ
５４ カム角センサ
５６ 気流制御弁
５８ 隔壁
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、異常燃焼（プレイグニッションなど）の予防を図るうえで好適な内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、火花点火機関用プレイグニッション検出装置が開示されている。この従来の検出装置は、点火時期の直前のタイミングにおいて筒内ガスの燃焼時に発生する光のうちの近赤外線よりも長い波長の光を捕らえるようにしたうえで、捕らえられた光の信号と点火時期信号との時間差からプレイグニッション発生の有無を判定するというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５７−７３６４７号公報
【特許文献２】特開平６−１９３８６６号公報
【特許文献３】特開平２−１３６５６６号公報
【特許文献４】特開平１−１７０７４２号公報
【特許文献５】特開２００８−２２７９号公報
【特許文献６】特開２００４−６８７７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載の手法は、点火時期の直前のタイミングにおける筒内ガスの発光の検出の有無に応じて、プレイグニッションが実際に発生したか否かを判別するというものである。つまり、この手法は、プレイグニッションの発生を予測するものではなく、その結果、プレイグニッションの発生を予防するための対策として用いることはできないものである。また、近赤外線よりも長い波長の光を利用する手法では、筒内を浮遊し、異常燃焼の着火源となり得る固形物（デポジットやオイルなど）の発光に対する感度が低い。
【０００５】
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、プレイグニッションなどの異常燃焼が発生する予兆を検知できるようにした内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の筒内を浮遊するもしくは排気通路を通過する固形物が存在するか否かを判定する固形物判定手段と、
前記固形物判定手段によって筒内を浮遊するもしくは排気通路を通過する固形物が存在すると判定された場合に、異常燃焼が発生する予兆があると判定する異常燃焼予兆判定手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記固形物判定手段は、筒内から排出される排気ガス中の黄色から赤色の波長領域の発光を検出する発光検出手段を含み、前記発光検出手段によって排気ガス中に黄色から赤色の波長領域の発光が検出された場合に、排気通路を通過する固形物が存在すると判定することを特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明は、第１の発明において、
前記固形物判定手段は、前記内燃機関の膨張行程および排気行程のうちの少なくとも一部の期間において筒内ガス中の黄色から赤色の波長領域の発光を検出する発光検出手段を含み、前記発光検出手段によって筒内ガス中に黄色から赤色の波長領域の発光が検出された場合に、筒内を浮遊する固形物が存在すると判定することを特徴とする。
【０００９】
また、第４の発明は、第１の発明において、
前記固形物判定手段は、前記内燃機関の吸気弁の開弁期間において筒内ガス中の黄色から赤色の波長領域の発光を検出する発光検出手段を含み、前記発光検出手段によって筒内ガス中に黄色から赤色の波長領域の発光が検出された場合に、筒内を浮遊する固形物が存在すると判定することを特徴とする。
【００１０】
また、第５の発明は、第１の発明において、
前記固形物判定手段は、圧縮上死点付近のタイミングにおける筒内ガス中の黄色から赤色の波長領域の発光を検出する発光検出手段を含み、前記発光検出手段によって筒内ガス中に黄色から赤色の波長領域の発光が検出された場合に、筒内を浮遊する固形物が存在すると判定することを特徴とする。
【００１１】
また、第６の発明は、第１の発明において、
前記固形物判定手段は、燃焼光を検出する発光検出手段を含み、前記発光検出手段により検出された燃焼光の強度が所定値よりも高い場合に、筒内を浮遊する固形物が存在すると判定することを特徴とする。
【００１２】
また、第７の発明は、第６の発明において、
前記固形物判定手段は、前記発光検出手段により検出された５５０〜５６０ｎｍの波長の発光の強度が所定値よりも高い場合に、筒内を浮遊する固形物が存在すると判定することを特徴とする。
【００１３】
また、第８の発明は、第６の発明において、
前記固形物判定手段は、前記発光検出手段により検出された５８０〜６００ｎｍの波長の発光の強度が所定値よりも高い場合に、筒内を浮遊する固形物が存在すると判定することを特徴とする。
【００１４】
また、第９の発明は、第６の発明において、
前記固形物判定手段は、前記発光検出手段により検出された６１０〜６３０ｎｍの波長の発光の強度が所定値よりも高い場合に、筒内を浮遊する固形物が存在すると判定することを特徴とする。
【００１５】
また、第１０の発明は、第１の発明において、
前記固形物判定手段は、排気ガスに含まれる固形物の帯電量に応じた出力を発するセンサを含み、前記内燃機関のサイクル毎に判定される当該センサの出力が所定値以上である場合に、排気通路を通過する固形物が存在すると判定することを特徴とする。
【００１６】
また、第１１の発明は、第１〜第１０の発明の何れか１つにおいて、
前記異常燃焼予兆判定手段により異常燃焼が発生する予兆があると判定された場合に、当該判定の後に予定される所定数の燃焼における異常燃焼の発生を回避するための所定の異常燃焼回避制御を実行する異常燃焼予防手段を更に備えることを特徴とする。
【００１７】
また、、第１２の発明は、第１１の発明において、
吸気通路に配置され、筒内の気流を制御するための気流制御弁を更に備え、
前記異常燃焼予防手段は、前記異常燃焼回避制御として、筒内の気流が強化されるように前記気流制御弁を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
ノックの発生によって筒内壁面に付着したデポジットが剥がれることがある。そして、剥がれたデポジットは、燃焼しながら筒内を浮遊して次サイクル以降にまで残留することがある。このようなデポジットやオイル液滴の燃え残りなどの固形物が筒内に残留すると、それが着火源となり、プレイグニッションなどの異常燃焼の発生要因の１つとなることが分かった。このため、筒内を浮遊する固形物が存在する状況下では、次サイクル以降においてプレイグニッションの発生確率が高いと判断することができる。また、筒内から排出された排気ガス中に上記固形物が含まれているような場合には、筒内を浮遊しながら次サイクル以降にまで残留する固形物が存在している可能性が高く、その結果として、次サイクル以降において異常燃焼の発生確率が高いと判断することができる。したがって、第１の発明によれば、固形物判定手段を用いて筒内を浮遊するもしくは排気通路を通過する固形物が存在すると判定された場合に、異常燃焼が発生する予兆があると判定することが可能となる。
【００１９】
排気ガス中の黄色から赤色の波長領域の発光が検出された場合には、赤熱したデポジットなどの、発光している固形物が排気ガス中に存在すると判断することができる。このため、第２の発明によれば、発光検出手段を用いて当該発光が検出されたことをもって、排気通路を通過する固形物が存在すると判定することが可能となる。
【００２０】
また、膨張行程および排気行程においてノックの発生によって筒内を浮遊するデポジットなどの固形物が生じている状況下では、次サイクル以降においてプレイグニッションの発生確率が高いと判断することができる。膨張行程および排気行程のうちの少なくとも一部の期間において筒内ガス中の黄色から赤色の波長領域の発光が検出された場合には、赤熱したデポジットなどの、発光している固形物が筒内ガス中に存在すると判断することができる。このため、第３の発明によれば、発光検出手段を用いて当該発光が検出されたことをもって、筒内を浮遊する固形物が存在すると判定することが可能となる。
【００２１】
また、吸気弁の開弁期間中においてノックの発生によって筒内を浮遊するデポジットなどの固形物が生じている状況下では、今回のサイクル以降においてプレイグニッションの発生確率が高いと判断することができる。吸気弁の開弁期間において筒内ガス中の黄色から赤色の波長領域の発光が検出された場合には、赤熱したデポジットなどの、発光している固形物が筒内ガス中に存在すると判断することができる。このため、第４の発明によれば、当該発光が検出されたことをもって、筒内を浮遊する固形物が存在すると判定することが可能となる。
【００２２】
また、圧縮上死点付近のタイミングにおいて筒内ガス中の黄色から赤色の波長領域の発光が検出された場合にも、次サイクル以降においてプレイグニッションの発生確率が高いと判断することができる。圧縮上死点付近のタイミングにおける筒内ガス中の黄色から赤色の波長領域の発光が検出された場合には、赤熱したデポジットなどの、発光している固形物が筒内ガス中に存在すると判断することができる。このため、第５の発明によれば、当該発光が検出されたことをもって、筒内を浮遊する固形物が存在すると判定することが可能となる。
【００２３】
筒内を浮遊する固形物が存在する場合には、燃焼光の強度が高くなる。このため、第６の発明によれば、発光検出手段によって検出された燃焼光の強度が所定値よりも高いか否かの判断に基づいて、筒内を浮遊する固形物が存在するか否かを判定することが可能となる。
【００２４】
第７の発明によれば、５５０〜５６０ｎｍの波長領域において検出される、Ｃａを由来とする発光スペクトルを利用して、良好な感度で筒内を浮遊する固形物が存在するか否かを判定することができる。
【００２５】
第８の発明によれば、５８０〜６００ｎｍの波長領域において検出される、Ｎａを由来とする発光スペクトルを利用して、良好な感度で筒内を浮遊する固形物が存在するか否かを判定することができる。
【００２６】
第９の発明によれば、６１０〜６３０ｎｍの波長領域において検出される、Ｃａを由来とする発光スペクトルを利用して、良好な感度で筒内を浮遊する固形物が存在するか否かを判定することができる。
【００２７】
第１０の発明によれば、固形物の発光の検出を利用しない他の手法で、排気通路を通過する固形物が存在するか否かを判定することができる。
【００２８】
第１１の発明によれば、上記第１〜第１０の発明の何れかによって異常燃焼が発生する予兆があると判定された場合に、上記異常燃焼回避制御を実行することによって、異常燃焼の発生を未然に予防することが可能となる。
【００２９】
第１２の発明によれば、異常燃焼が発生する予兆があると判定された場合に筒内の気流が強化されるように気流制御弁を制御することにより、異常燃焼を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【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図である。
【図２】気流制御弁周りの構成を説明するための図である。
【図３】筒内に存在するデポジットに起因するプレイグニッションの発生メカニズムを説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態１において実行されるプレイグニッションの回避制御の一例を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態１において実行されるプレイグニッションの回避制御の他の一例を説明するための図である。
【図６】プレイグニッションの発生領域を判定するために、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。
【図７】プレイグニッション発生の予兆の有無を判別するために、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。
【図８】プレイグ回避制御を実現するために、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。
【図９】同一運転条件下における個々のプレイグ回避制御の効果を比較した図である。
【図１０】通常点火時とプレイグニッション発生時との間で、燃焼光の平均発光強度と波長との関係（発光スペクトル）を表した図である。
【図１１】プレイグニッションの発生時における、燃焼による熱発生率の変化と、Ｎａ由来の発光スペクトルが見られる５８０〜６００ｎｍの波長領域における平均発光強度との関係を表した図である。
【図１２】５８０〜６００ｎｍの波長領域の光の平均発光強度のピーク値と、内燃機関のサイクルの経過との関係を表した図である。
【図１３】プレイグ回避制御を実現するために、本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図１４】連続するサイクルにおけるＰＭセンサの出力波形を表した図である。
【図１５】プレイグニッション発生の予兆判定、および予兆が認められる場合のプレイグ回避制御を実現するために、本発明の実施の形態３において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図１６】排気通路を通過する所定の大きさ以上の固形物の他の検出手法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
実施の形態１．
［システム構成の説明］
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に示すシステムは、ターボ過給機２４付きの火花点火式内燃機関（一例としてガソリンエンジン）１０を備えている。内燃機関１０の各気筒内には、ピストン１２が設けられている。各気筒内には、ピストン１２の頂部側に燃焼室１４が形成されている。燃焼室１４には、吸気通路１６および排気通路１８が連通している。
【００３２】
吸気通路１６の入口には、エアクリーナ２０が取り付けられている。エアクリーナ２０には、吸気通路１６に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ２２が設けられている。エアフローメータ２２よりも下流側の吸気通路１６には、ターボ過給機２４のコンプレッサ２４ａが配置されている。更に、コンプレッサ２４ａよりも下流側の吸気通路１６には、電子制御式のスロットルバルブ２６が設けられている。また、排気通路１８には、ターボ過給機２４のタービン２４ｂが配置されている。
【００３３】
各気筒には、燃焼室１４内（筒内）に燃料を直接噴射するための燃料噴射弁２８が設けられている。また、各気筒には、燃焼室１４内の混合気に点火するための点火プラグ３０が設けられている。点火プラグ３０は、点火コイル３２に接続されている。更に、各気筒には、吸気通路１６の吸気ポートおよび排気通路１８の排気ポートを開閉するための吸気弁３４および排気弁３６がそれぞれ設置されている。
【００３４】
吸気弁３４および排気弁３６は、それぞれ吸気可変動弁機構３８および排気可変動弁機構４０により駆動される。これらの可変動弁機構３８、４０は、クランク軸４２の回転位相に対する各カム軸（図示省略）の回転位相を変化させることにより吸気弁３４または排気弁３６の開閉時期を所定範囲内で変更可能とする可変バルブタイミング機構を含むものである。このような可変動弁機構３８、４０によれば、排気弁３６の開弁期間と吸気弁３４の開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間を調整することができる。また、クランク軸４２の近傍には、クランク角度を検出するためのクランク角センサ４４が配置されている。
【００３５】
また、各気筒の燃焼室壁面１４ａには、筒内ガス中の赤色発光を検出するための光検出装置４６が取り付けられている。また、吸気通路１６にも、吸気弁３４の開弁期間中の筒内ガス中の赤色発光を検出するために上記光検出装置４６が取り付けられている。更に、排気通路１８にも、筒内から排出された排気ガス中の赤色発光を検出するために上記光検出装置４６が取り付けられている。光検出装置４６としては、例えば、特開昭５７−７３６４７号公報に記載の発光検出部と同様の構成を有する装置を用いることができる。すなわち、光検出装置４６は、例えば、光センサ（フォトダイオードやフォトトランジスタなど）と、検出対象の波長の光（本実施形態では、赤色光）のみを選択的に透過する光学フィルタとを備えるものによって構成することができる。また、それぞれの光検出装置４６は、赤色発光強度を演算するための演算装置４８に接続されている。演算装置４８は、検出した光の光量に応じて値の異なる光検出装置４６の出力電流値を利用して、赤色発光強度を演算する。
【００３６】
図１に示すシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０を備えている。ＥＣＵ５０の入力部には、上述したエアフローメータ２２、クランク角センサ４４、および、演算装置４８を介した光検出装置４６に加え、排気通路１８を流れるＰＭ（粒子状物質）の量を検出するためのＰＭセンサ５２、および、吸気カム軸（もしくは排気カム軸）の回転角度であるカム角を検出するためのカム角センサ５４等の内燃機関１０の運転状態や燃焼状態を検知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、上述したスロットルバルブ２６、燃料噴射弁２８、点火コイル３２および可変動弁機構３８、４０に加え、筒内の気流を制御するための気流制御弁５６（図２参照）等の内燃機関１０の運転を制御するための各種のアクチュエータが接続されている。
【００３７】
図２は、気流制御弁５６周りの構成を説明するための図である。
吸気通路１６における吸気弁３４に近い部位（吸気ポート）には、吸気通路１６を図２に示すように上下２つの通路１６ａ、１６ｂに仕切るための隔壁５８が設けられている。気流制御弁５６は、隔壁５８によって２つに仕切られた吸気通路１６のうちの下側の通路１６ａを開閉可能な弁として備えられている。このような構成によれば、気流制御弁５６によって上記下側の通路を閉じることにより上側の通路１６ｂを流れる吸気の流速を高めることができ、図２に示すように、筒内気流（この場合には、タンブル流）を強化することができる。
【００３８】
ＥＣＵ５０は、上述した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ものである。また、ＥＣＵ５０は、クランク角センサ４４により検出されるクランク角度の変化率に基づいてエンジン回転数Ｎｅを算出し、エアフローメータ２２により検出される吸入空気量および上記エンジン回転数Ｎｅに基づいて、内燃機関１０の充填効率（負荷率）ＫＬを算出する。更に、ＥＣＵ５０は、クランク角センサ４４により検出されるクランク角度を利用して、点火時期を演算する。
【００３９】
［プレイグニッションの予兆の検出手法］
図３は、筒内に存在するデポジットに起因するプレイグニッションの発生メカニズムを説明するための図である。
内燃機関１０の低回転高負荷領域は、正常な点火時期よりも前に混合気が自着火する現象（プレイグニッション）が発生し得る領域である。このようなプレイグニッションの発生原因の１つとして、燃焼室１４内の赤熱したデポジットやオイル液滴の燃え残り等の筒内に浮遊する固形物が着火源となっている可能性があることが分かった。例えば、図３（Ａ）に示すように、ノックの発生によって筒内壁面に付着したデポジットが剥がれることがある。そして、剥がれたデポジットが燃焼しながら筒内を浮遊して次サイクル以降にまで残留した場合には、図３（Ｂ）に示すように、筒内に残留したデポジットが着火源となり、プレイグニッションの発生要因の１つとなることが分かった。
【００４０】
上記知見によれば、ノックの発生によって筒内を浮遊するデポジットが生じている状況下では、次サイクル以降においてプレイグニッションの発生確率が高いと判断することができる。また、筒内から排出された排気ガス中に上記デポジットが含まれているような場合には、筒内を浮遊しながら次サイクル以降にまで残留するデポジットが筒内に存在している可能性が高く、その結果として、このような場合においても、次サイクル以降においてプレイグニッションの発生確率が高いと判断することができる。また、筒内に堆積したデポジットの剥がれが発生する要因は上記のようにノックの発生であるため、上記発生要因によるプレイグニッションは、ノックが発生したサイクル以降にて発生し易いといえる。
【００４１】
そこで、本実施形態では、プレイグニッションの発生が懸念される上記低回転高負荷領域の使用時に、筒内を浮遊するデポジットの存在やノック後に生ずるすすの存在を検出することによって、上記発生要因によるプレイグニッションが発生する予兆を検出することとした。
【００４２】
具体的には、燃焼室壁面１４ａに取り付けた光検出装置４６を用いて、膨張行程および排気行程における燃焼光（デポジットの赤色発光やノック後に生ずるすすの赤色発光）を検出した時に、次サイクル以降におけるプレイグニッション発生の予兆があると判定するようにした。
【００４３】
また、排気通路１８に取り付けた光検出装置４６を用いて、筒内から排出される排気ガス中の発光（デポジットの赤色発光やノック後に生ずるすすの赤色発光）を検出した時に、今回のサイクルにおいて筒内に残留するデポジットが存在している可能性が高く、その結果として、次サイクル以降におけるプレイグニッション発生の予兆があると判定するようにした。
【００４４】
更に、吸気通路１６に取り付けた光検出装置４６を用いて、吸気弁３４の開弁期間中における筒内の発光（デポジットの赤色発光やノック後に生ずるすすの赤色発光）を検出した時に、今回のサイクル（赤色発光を検出した吸気行程が属するサイクル）以降におけるプレイグニッション発生の予兆があると判定するようにした。
【００４５】
また、本実施形態では、圧縮行程中の点火時期の到来前のタイミングにおいて筒内ガス中の発光を検出した時には、プレイグニッションが実際に発生したと判定するようにした。
【００４６】
［プレイグニッションの回避制御］
図４は、本発明の実施の形態１において実行されるプレイグニッションの回避制御の一例を説明するための図であり、図５は、本発明の実施の形態１において実行されるプレイグニッションの回避制御の他の一例を説明するための図である。
【００４７】
本実施形態では、上述した手法によって、プレイグニッションが発生する予兆があると判断された場合、またはプレイグニッションが実際に発生したと判断された場合には、次のようなプレイグニッションを回避するためのプレイグ回避制御を実行するようにしている。
【００４８】
先ず、図４に示す手法は、プレイグニッション発生の予兆があると判定された場合に、圧縮行程もしくは吸気行程において実行される燃料噴射における燃焼噴射幅（燃焼噴射期間）を増大させるというものである。これにより、筒内の空燃比（Ａ／Ｆ）をリッチにすることで、デポジット周囲の混合気を着火しにくくすることができる。
【００４９】
また、図５に示す手法は、プレイグニッション発生の予兆があると判定された場合に、可変動弁機構３８、４０を用いてバルブオーバーラップ期間を拡大するというものである。内燃機関１０は過給機付き内燃機関であり、プレイグニッションの発生が懸念される運転領域は、以下の図６に示すルーチンにも表されているように過給領域である。そのような過給領域において、バルブオーバーラップ期間を拡大すると、吸気圧力が排気圧力よりも高い状況下であるので、図５に示すように、筒内に供給される新気によって筒内に残留する浮遊デポジットを掃気することができる。更に、これらの手法以外のプレイグ回避制御としては、内燃機関１０が備える気流制御弁５６を利用し、プレイグニッション発生の予兆があると判定された時に、この気流制御弁５６を制御することによって筒内の気流（タンブル流）を強化するという手法を用いるようにしてもよい。尚、上記構成の気流制御弁５６に代え、筒内の気流としてスワール流を制御可能な気流制御弁を備えるようにしたうえで、プレイグニッション発生の予兆があると判定された時に、スワール流を強化するようにしてもよい。
【００５０】
［実施の形態１における具体的処理］
図６は、プレイグニッションの発生領域を判定するために、ＥＣＵ５０が実行するルーチンを示すフローチャートである。
図６に示すルーチンでは、先ず、現在のエンジン回転数Ｎｅが所定回転数（例えば、２０００ｒ／ｍｉｎ）よりも低いか否かが判定される（ステップ１００）。
【００５１】
上記ステップ１００において現在のエンジン回転数Ｎｅが２０００ｒ／ｍｉｎよりも低いと判定された場合には、次いで、充填効率ＫＬが所定値（例えば、１２０％）よりも高いか否かが判定される（ステップ１０２）。その結果、本ステップ１０２の判定が成立する場合、つまり、現在の内燃機関１０の運転領域がプレイグニッションの発生が懸念される所定の低回転高負荷領域であると判断できる場合には、次いで、以下の図７に示すルーチンの処理が実行される。
【００５２】
図７は、プレイグニッション発生の予兆の有無を判別するために、ＥＣＵ５０が実行するルーチンを示すフローチャートである。尚、本ルーチンの処理は、上記ステップ１０２の判定が成立している間（プレイグニッションの発生が懸念される上記低回転高負荷領域が使用される間）、各気筒においてサイクル毎に繰り返し実行されるものとする。
【００５３】
図７に示すルーチンでは、先ず、燃焼室壁面１４ａに取り付けられた光検出装置４６を用いて、膨張行程および排気行程における筒内ガスの燃焼光の色が検出されたうえで、対応する演算装置４８を用いて当該燃焼光の赤色発光強度が算出される（ステップ２００）。
【００５４】
次に、上記ステップ２００において検出された燃焼光の赤色発光強度が通常燃焼時の値（所定の強度）よりも高いか否かが判定される（ステップ２０２）。具体的には、ＥＣＵ５０には、通常燃焼時における膨張行程および排気行程での筒内ガスの燃焼光の赤色発光強度が予め実験等によって取得されたうえで記憶されている。本ステップ２０２では、上記光検出装置４６によって今回検出された燃焼光の赤色発光強度が、ＥＣＵ５０に記憶されている通常燃焼時の値と比較される。通常燃焼時の燃焼光には青色の光が多く含まれているのに対し、上述したデポジットやすすといった固形物が筒内を浮遊している場合には、それらが発する赤色光によって燃焼光の赤色発光強度が高くなる。従って、本ステップ２０２の処理によれば、今回のサイクルの膨張行程および排気行程中の筒内に上記のデポジットやすすが浮遊しているか否かを判定することが可能となる。
【００５５】
上記ステップ２０２における判定が成立した場合、すなわち、今回のサイクルの膨張行程および排気行程中の筒内に上記のデポジットやすすが浮遊していると判断できる場合には、次サイクル以降においてプレイグニッションが発生する予兆があると判定される（ステップ２０４）。この場合には、次いで、図８を参照して後述する所定のプレイグ回避制御が実行される（ステップ２０６）。
【００５６】
一方、上記ステップ２０２において、今回のサイクルの膨張行程および排気行程中の筒内に上記のデポジットやすすの赤色光が検出されなかった場合には、次いで、排気通路１８に取り付けられた光検出装置４６を用いて、排気通路１８を流れる排気ガスが発する光の色が検出される（ステップ２０８）。次いで、上記ステップ２０２と同様の手法によって、今回のサイクルにおいて排気通路１８を流れる排気ガス中に上記のデポジットやすすが存在しているか否かが判定される（ステップ２１０）。
【００５７】
上記ステップ２１０における判定が成立した場合、すなわち、今回のサイクルにおいて排気通路１８を流れる排気ガス中に上記のデポジットやすすが存在していると判断できる場合にも、次サイクル以降においてプレイグニッションが発生する予兆があると判定される（ステップ２１２）。そして、この場合にも、後述するプレイグ回避制御が実行される（ステップ２０６）。
【００５８】
一方、上記ステップ２１０において、今回のサイクルにおいて排気通路１８を流れる排気ガス中に上記のデポジットやすすの赤色光が検出されなかった場合には、次いで、吸気通路１６に取り付けられた光検出装置４６を用いて、吸気弁３４の開弁期間中における筒内ガスの色が検出される（ステップ２１４）。次いで、上記ステップ２１２と同様の手法によって、今回のサイクルの吸気弁３４の開弁期間中の筒内に上記のデポジットやすすが浮遊しているか否かが判定される（ステップ２１６）。
【００５９】
上記ステップ２１６における判定が成立した場合、すなわち、今回のサイクルの吸気弁３４の開弁期間中の筒内に上記のデポジットやすすが存在していると判断できる場合にも、今回のサイクル以降においてプレイグニッションが発生する予兆があると判定される（ステップ２１８）。そして、この場合にも、後述するプレイグ回避制御が実行される（ステップ２０６）。
【００６０】
一方、上記ステップ２１６において、今回のサイクルの吸気弁３４の開弁期間中の筒内に上記のデポジットやすすの赤色光が検出されなかった場合には、次いで、燃焼室壁面１４ａに取り付けられた光検出装置４６を用いて、圧縮行程中の点火時期の到来前のタイミングにおける筒内ガス中の発光（赤色光）が計測される（ステップ２２０）。次いで、ステップ２２２において上記発光（赤色光）が検出されたと判定された場合には、今回のサイクルにおいてプレイグニッションが実際に発生したと判定される（ステップ２２４）。尚、プレイグニッションが発生した際の燃焼光の赤色発光強度は、上記デポジット等の赤色発光強度に対して高いため、プレイグニッションの検出のための赤色発光強度の判定値は、上記デポジット等のための判定値よりも高い値となる。
そして、この場合にも、プレイグニッションの連発を回避すべく、後述するプレイグ回避制御が実行される（ステップ２０６）。
【００６１】
上記図７に示すルーチンには図示されていないが、上述した処理の他に、次のような処理を行うようにしてもよい。すなわち、プレイグニッション発生時に筒内で生ずる光の発光強度は強い。そこで、点火時期の到来前の上記燃焼光の検出に代え、もしくはそれとともに、燃焼期間である圧縮上死点付近のタイミングにおける筒内ガスの赤色発光強度に基づいてプレイグニッションが実際に発生したか否かを判別してもよい。そして、実際にプレイグニッションが検出された場合には、プレイグニッションの連発を回避するために、上記プレイグ回避制御を行うようにしてもよい。
更に付け加えると、圧縮上死点付近のタイミングにおいて筒内ガスの発光が検出された場合には、検出されたサイクルにおいてプレイグニッションが実際に発生したと判定できるだけでなく、次サイクル以降の数サイクルにおいても、プレイグニッションの発生確率が高いと判断することができる。具体的には、デポジットやオイル液滴の燃え残り等の、筒内を浮遊する固形物が起点となって着火してプレイグニッションが発生した場合には、図１０を参照して後述するように、そのような固形物の発光に起因して特定の波長の発光強度が高くなる。そのような波長の光を検出することで、筒内を浮遊するデポジット等の固形物が存在すると判定することができる。そして、このように判定された状況下では、次サイクル以降においてプレイグニッションの発生確率が高いと判断することができる。このように、圧縮上死点付近のタイミングにおいて筒内ガスの発光を検出する（本発明における「発光検出手段」に相当）ことによっても、プレイグニッション発生の予兆を検出することができる。
【００６２】
図８は、上記プレイグ回避制御を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。
図８に示すルーチンでは、先ず、上記ステップ２０６に進んだ時点から所定のサイクル数（例えば、１０サイクル）に渡って、燃焼噴射幅（燃焼噴射期間）を所定量（例えば、３割）増大させることによって燃料増量が実行される（ステップ３００）。
【００６３】
次に、上記ステップ２０６に進んだ時点から所定のサイクル数（例えば、１００サイクル）に渡って、吸気可変動弁機構３８を用いた吸気弁３４の開き時期の進角（ステップ３０２）と、排気可変動弁機構４０を用いた排気弁３６の閉じ時期の遅角（ステップ３０４）とが実行される。すなわち、これらの処理によって、バルブオーバーラップ期間が拡大される。尚、上記ステップ３００における燃料増量による空燃比のリッチ化は、燃費悪化を伴う対策であるため、ここでは、その実施を必要最小限に留め、バルブオーバーラップ期間の拡大による対策の方の実行期間を長くしている。
【００６４】
以上説明した図６、７に示すルーチンによれば、プレイグニッションの発生が懸念される低回転高負荷領域の使用時に、膨張行程および排気行程における筒内の火炎の赤色発光強度が通常燃焼時の値よりも高いと判定された場合には、今回のサイクルの膨張行程および排気行程中の筒内に上記のデポジットやすすといった固形物が浮遊していると判断することができる。そして、既述した知見によれば、膨張行程および排気行程においてノックの発生によって筒内を浮遊するデポジットやすすが生じている状況下では、次サイクル以降においてプレイグニッションの発生確率が高いと判断することができる。このため、このような処理によれば、プレイグニッションが発生する予兆があると判断することができる。つまり、近い将来におけるプレイグニッションの発生を予測することができるといえる。
【００６５】
また、上記図６、７に示すルーチンによれば、プレイグニッションの発生が懸念される低回転高負荷領域の使用時に、排気通路１８を流れる排気ガスが発する赤色発光強度が通常燃焼時の値よりも高いと判定された場合には、今回のサイクルにおいて排気通路１８を流れる排気ガス中に上記のデポジットやすすといった固形物が存在していると判断することができる。そして、既述した知見によれば、筒内から排出された排気ガス中に上記のデポジットやすすが含まれているような場合には、筒内を浮遊しながら次サイクル以降にまで残留する上記デポジットが存在している可能性が高く、その結果として、このような場合においても、次サイクル以降においてプレイグニッションの発生確率が高いと判断することができる。このため、この場合の処理によっても、プレイグニッションが発生する予兆があると判断することができる。
【００６６】
更に、上記図６、７に示すルーチンによれば、プレイグニッションの発生が懸念される低回転高負荷領域の使用時に、吸気弁３４の開弁期間中における筒内ガスが発する赤色発光強度が通常燃焼時の値よりも高いと判定された場合には、今回のサイクルの吸気弁３４の開弁期間中の筒内に上記のデポジットやすすといった固形物が存在していると判断することができる。そして、既述した知見によれば、吸気弁３４の開弁期間中においてノックの発生によって筒内を浮遊するデポジットやすすが生じている状況下では、今回のサイクル（赤色発光を検出した吸気行程が属するサイクル）以降においてプレイグニッションの発生確率が高いと判断することができる。このため、この場合の処理によっても、プレイグニッションが発生する予兆があると判断することができる。
【００６７】
そして、上記図８に示すルーチンによれば、上述した各手法によってプレイグニッションが発生する予兆があると判断できる場合には、上記プレイグ回避制御を実行することによって、プレイグニッションの発生を未然に予防するという対策をとることが可能となる。このように、本実施形態の手法によれば、プレイグニッションの回避行動を余裕をもって行うことが可能となる。
【００６８】
また、上記図７、８に示すルーチンによれば、プレイグニッションの発生の予兆を検知したうえでプレイグ回避制御が行われるようになっているので、プレイグニッションの発生が懸念される運転領域に差し掛かった際に一律にプレイグ回避制御を行うようにする場合に比べ、不必要なプレイグ回避制御の実施を抑制し、当該プレイグ回避制御を効率良く実行できるようになる。更に付け加えると、本実施形態におけるプレイグニッション発生の予兆の検出、およびその後のプレイグ回避制御は、筒内壁面に付着したデポジットの剥がれをもたらすような大きなノックを伴うプレイグニッションを回避する技術として有効なものである。
【００６９】
図９は、同一運転条件下における個々のプレイグ回避制御の効果を比較した図である。
図９中に「通常」と付して示す値は、本実施形態のプレイグ回避制御が行われない場合のプレイグニッションの発生頻度を示している。図９より、バルブオーバーラップ期間（Ｏ／Ｌ期間）の拡大によるプレイグ回避制御が実行された場合には、「通常」時と比べ、プレイグニッションの発生頻度を下げられることがわかる。更に、燃料噴射幅の増大による空燃比Ａ／Ｆのリッチ化によるプレイグ回避制御によれば、バルブオーバーラップ期間の拡大を利用した時に比べ、プレイグニッションの発生頻度をより下げられることがわかる。
【００７０】
尚、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が上記ステップ２００および２０２、２０８および２１０、並びに、２１４および２１６の処理を実行することにより前記第１の発明における「固形物判定手段」が実現されており、ＥＣＵ５０が上記ステップ２０２、２１０または２１６の判定が成立する場合に上記ステップ２０４、２１２または２１８の処理をそれぞれ実行することにより前記第１の発明における「異常燃焼予兆判定手段」が実現されている。
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が上記ステップ２０８および２１０の処理を実行することにより前記第２の発明における「発光検出手段」が実現されている。
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が上記ステップ２００および２０２の処理を実行することにより前記第３の発明における「発光検出手段」が実現されている。
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が上記ステップ２１４および２１６の処理を実行することにより前記第４の発明における「発光検出手段」が実現されている。
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が上記ステップ２０６の処理およびそれに続く上記図８に示すルーチンの一連の処理を実行することにより前記第１１の発明における「異常燃焼予防手段」が実現されている。
【００７１】
実施の形態２．
次に、図１０乃至図１３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および図２に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ５０に図８に示すルーチンに代えて後述の図１３に示すルーチンを実行させることにより実現することができるものである。すなわち、本実施形態のシステムは、上述した実施の形態１のシステムに対し、プレイグニッション発生の予兆もしくは実際の発生が判定された場合に行われるプレイグ回避制御の実施態様において、以下に説明するように相違している。
【００７２】
図１０は、通常点火時とプレイグニッション発生時との間で、燃焼光の平均発光強度と波長との関係（発光スペクトル）を表した図である。
図１０に示すように、デポジットやオイル液滴の燃え残り等の筒内を浮遊する固形物が起点となって着火してプレイグニッションが発生した場合（実線）には、そのような固形物の発光に起因して特定の波長の発光強度が通常点火時（破線）と比べて高くなる。これらは、オイルに含まれるＮａやＣａといった金属成分由来の発光スペクトルであり、検出感度が比較的高いものである。より具体的には、図１０に示すように、５８０〜６００ｎｍ（より好ましくは５８５〜５９５ｎｍ）の波長領域において、Ｎａ由来の発光スペクトルが見られる。これ以外にも、５５０〜５６０ｎｍおよび６１０〜６３０ｎｍの波長領域において、Ｃａを由来とする発光スペクトルが見られる。
【００７３】
図１１は、プレイグニッションの発生時における、燃焼による熱発生率の変化と、Ｎａ由来の発光スペクトルが見られる５８０〜６００ｎｍの波長領域における平均発光強度との関係を表した図である。
図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）より、５８０〜６００ｎｍの波長領域を利用して得られたＮａ由来の発光スペクトルの平均発光強度は、プレイグニッションの発生時の着火による熱発生と同時期において強く見られることが分かる。
【００７４】
図１２は、５８０〜６００ｎｍの波長領域の光の平均発光強度のピーク値と、内燃機関１０のサイクルの経過との関係を表した図である。尚、図１２中の白丸で示す点が、連続する各サイクルにおける燃焼光の所定の検出タイミング（例えば、圧縮上死点付近）を示している。
【００７５】
図１２に一例として示すように、筒内を浮遊するデポジット等の存在に起因してプレイグニッションが発生すると、発生サイクルから数サイクルに渡って、Ｎａ由来の発光スペクトルの発光強度が高いサイクルが現れることが多い。従って、図１１（Ｂ）に示すように圧縮上死点付近（特に圧縮上死点後１０°ＣＡ付近）の上記発光スペクトルの平均発光強度が高くなるタイミングにおいて燃焼光を検出することによって、デポジット等の固形物が筒内を浮遊していることを検出することができる。そして、そのような固形物の一部が筒内に残留することで、次サイクル以降においてもプレイグニッションの発生確率が高いと判断することができる。これにより、プレイグニッション発生の予兆を比較的早期に精度良く検出することができる。
【００７６】
本実施形態では、図１２に示すように、５８０〜６００ｎｍの波長領域の光の平均発光強度が所定の閾値（通常燃焼時の値）よりも高い状況が続いている場合には、プレイグニッション発生の予兆が継続して認められる状況にあると判断し、所定のプレイグ回避制御を実施するようにした。尚、ここでは、Ｎａ由来の発光スペクトルが見られる波長領域を例に挙げて説明しているが、判断基準とする光の波長領域は、これ以外に、上述したＣａ由来の発光スペクトルが見られる５５０〜５６０ｎｍや６１０〜６３０ｎｍとしてもよく、更には、上他の金属成分由来の発光スペクトルが見られる波長領域としてもよい。
【００７７】
図１３は、本発明の実施の形態２における態様でのプレイグ回避制御を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、本実施形態において上述した手法、もしくは実施の形態１において上述した手法によってプレイグニッション発生の予兆があると判断された場合に起動されるものとする。
【００７８】
図１３に示すルーチンでは、先ず、プレイグ回避制御の一例である燃料増量が実行される（ステップ４００）。次いで、５８０〜６００ｎｍの波長領域の燃焼光が圧縮上死点付近の所定タイミングにおいて検出される（ステップ４０２）。
【００７９】
次に、５８０〜６００ｎｍの波長領域の発光強度が所定の閾値（通常燃焼時の値）よりも高いか否かが判定される（ステップ４０４）。その結果、本ステップ４０４の判定が成立する場合には、プレイグニッション発生の予兆がある状況が継続していると判断され、ステップ４００以降の処理が繰り返し実行されることになる。一方、本ステップ４０４の判定が不成立となった場合には、プレイグニッション発生の予兆が無くなったものと判断され、プレイグ回避制御が終了される。
【００８０】
以上説明した図１３に示すルーチンによれば、対象とする波長領域の燃料光の発光強度が閾値よりも高い場合に限ってプレイグ回避制御が行われるようにすることで、プレイグ回避制御の実行に伴う弊害（例えば、燃料増量の場合には燃費悪化）を最小限に留めることができる。
【００８１】
ところで、上述した実施の形態１および２においては、筒内ガスもしくは排気ガス中の赤色発光強度を所定の強度（例えば、通常燃焼時の値）と比較することによって、筒内ガスもしくは排気ガス中に上記デポジット等の固形物が存在しているものと判定するようにしている。しかしながら、本発明の発光検出手段の検出対象となる光の波長領域は、赤色の波長領域に限られない。より具体的には、既述したように、通常燃焼時の燃焼光には青色の光が多く含まれているのに対し、上述したデポジットやすすといった固形物が筒内を浮遊している場合には、赤色光だけに限らず、黄色から赤色の波長領域の発光によって燃焼光の黄色から赤色発光強度が高くなる。従って、本発明の発光検出のうちで特に好ましい発光検出の対象は、黄色から赤色の波長領域の光である。尚、本発明の発光検出の対象となる上記の黄色の波長領域の定義には、上述した５５０〜５６０ｎｍが含まれる。また、本発明において筒内ガスもしくは排気ガス中の固形物の存在を判定する手法は、上記の発光強度を利用する手法に限らず、例えば、筒内ガスもしくは排気ガス中の光から所定の波長域の光を抽出するようにしたうえで、そのような光が検出されたことをもって、上記デポジットやすすの赤色から黄色の波長領域の発光が検出されたとするものであってもよい。
【００８２】
また、実施の形態１および２において上述した手法以外にも、検出対象の光の波長領域を黄色から赤色の波長領域に限定せずに燃焼光の強度が所定値よりも高いか否かを判定するようにし、検出された燃焼光の強度が当該所定値よりも高いと判定された場合に、排気通路を通過する上記デポジット等の固形物が存在すると判定するものであってもよい。
【００８３】
尚、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ５０が上記ステップ４０２の処理を実行することにより前記第６の発明における「発光検出手段」が実現されている。
【００８４】
実施の形態３．
次に、図１４乃至図１６を参照して、本発明の実施の形態３およびその変形例について説明する。
【００８５】
上述した実施の形態１および２並びにその変形例においては、筒内のガスや火炎、もしくは排気通路１８を流れる排気ガスの黄色から赤色の波長領域の発光を検出することによって、筒内を浮遊するもしくは排気通路１８を通過する（所定の大きさ以上の）固形物の存在を検出するようにしている。これに対し、以下の本実施形態では、上記の発光の検出を利用せずに排気通路１８を通過する固形物の存在を検出する手法の一例について説明する。
【００８６】
図１４は、連続するサイクルにおけるＰＭセンサ５２の出力波形を表した図である。
ＰＭセンサ５２は、ＰＭ等の固形物の帯電量に基づいて排気ガス中の固形物の量を判定可能なセンサである。ＰＭセンサ５２は、ここでは、排気通路１８の排気マニホールド（図示省略）の集合部（すなわち、すべての気筒からの排気ガスに曝される位置）に配置されているものとする。図１４に示すように、ＰＭセンサ５２からは、燃焼によるＰＭ等の生成物の存在によって出力が常時得られている。ＥＣＵ５０は、連続しているＰＭセンサ５２の出力をサイクル毎に区切って検出範囲を認識する。このようにＰＭセンサ５２の出力が管理されている場合に、あるサイクルにおいて通常検出されるＰＭと比べて大きな固形物がＰＭセンサ５２の近傍を通過すると、図１４に示すように、出力が急激に上昇する（図１４中においては「スパイク」と記載）。
【００８７】
上記のようにＰＭセンサ５２の出力にスパイクが現れたサイクルでは、所定の大きさ（ここでは、ＰＭセンサ５２が検出する平均的なＰＭの大きさ）以上の固形物（オイル液滴の燃え残り、または、筒内に蓄積したデポジット等が剥離した物など）が筒内から排出されたものと判断することができる。このようにして検出されるような、ＰＭに比べて大きな固形物が筒内に残留した場合には、残留した固形物が次のサイクルで着火源になる可能性が高く、より具体的には、点火プラグ３０よりも前に混合気に着火する現象であるプレイグニッションが発生する可能性が高くなる。
【００８８】
そこで、本実施形態では、サイクル毎に判定されるＰＭセンサ５２の出力が所定値以上である場合（上記スパイクが現れたような場合）に、所定の大きさ以上の固形物が排気通路１８を通過したことを検出するようにした。そして、このような手法で上記固形物が排気通路１８を通過したことを検出した場合には、固形物を検出したサイクルの次サイクル以降におけるプレイグニッション発生の予兆があると判定するようにした。また、本実施形態においても、上述した手法によってプレイグニッションが発生する予兆があると判断された場合には、所定のプレイグ回避制御が実行される。
【００８９】
図１５は、本発明の実施の形態３におけるプレイグニッション発生の予兆判定、および予兆が認められる場合のプレイグ回避制御を実現するために、ＥＣＵ５０が実行するルーチンを示すフローチャートである。
【００９０】
図１５に示すルーチンでは、先ず、ＰＭセンサ５２の出力が内燃機関１０のサイクル毎に分離された状態で取得される（ステップ５００）。次いで、ＰＭセンサ５２の出力が所定値以上か否かに基づいて、排気通路１８を流れる排気ガス中に固形物が検出されたか否かが判定される（ステップ５０２）。本ステップ５０２における所定値は、図１４に示すスパイクを検出可能な値として予め設定されたものである。本ステップ５０２の判定が不成立である場合には、ステップ５００に戻される。このような一連の処理によれば、サイクル毎に上記スパイクのようなＰＭセンサ５２の出力上昇の有無が判断されることで、サイクル毎に排気通路１８を固形物が通過したか否かを判定することができる。
【００９１】
一方、上記ステップ５０２の判定が成立した場合には、所定のプレイグ回避制御（燃料増量による空燃比のリッチ化など）が実行される（ステップ５０４）。
【００９２】
既述した知見によれば、以上説明した図１５に示すルーチンにおいてＰＭセンサ５２を用いて排気通路１８をＰＭよりも大きな固形物が通過したと判定された場合には、筒内を浮遊しながら次サイクル以降にまで残留する上記固形物（デポジットなど）が存在している可能性が高く、その結果として、このような場合においても、次サイクル以降においてプレイグニッションの発生確率が高いと判断することができる。このため、上記ルーチンの処理によっても、プレイグニッションが発生する予兆があると判断することができる。そして、サイクル毎のＰＭセンサ５２の出力の判定結果に基づいて上記固形物の存在が認められる間はプレイグ回避制御が実行されるので、プレイグニッションの発生を確実に防止することができる。これにより、内燃機関１０のような過給機付きエンジン、或いは高圧縮比エンジンの信頼性を良好に高めることができる。
【００９３】
また、排気通路１８においてＰＭセンサ５２が配置された部位（上記集合部）には、所定の爆発順序に従って各気筒からの排気ガスが順に到来する。各気筒の排気弁３６からＰＭセンサ５２までの距離は既知であり、各気筒から排出されるガスの流速はエンジン回転数に比例する。従って、ＰＭセンサ５２に各気筒からガスが到達するタイミングに基づいて、ＰＭセンサ５２の発する出力がどの気筒から排出されたガスのものであるかを把握することが可能である。このため、ＰＭセンサ５２に各気筒からガスが到達するタイミングに基づいて、どの気筒においてプレイグニッションが発生する予兆があるのかを判別することができる。
【００９４】
ところで、上述した実施の形態３においては、ＰＭセンサ５２を利用して、所定の大きさ以上の固形物が排気通路１８を通過することを検出するようにしている。しかしながら、本発明において排気通路を通過する固形物の存在を検出するための手法は、上述したものに限られず、例えば、次の図１６を参照して説明する構成を利用するものであってもよい。
【００９５】
図１６は、排気通路１８を通過する所定の大きさ以上の固形物の他の検出手法を説明するための図である。
図１６に示す構成は、排気通路１８の半径方向断面に沿った（言い換えれば、排気通路１８と直交する）シート状の光を、所定の一方向から排気通路１８内に入射するＬＥＤ等の発光体（図示省略）を備えている。発光体は排気通路１８の壁面に設置されている。また、排気通路１８の壁面には、排気通路１８を間に介して発光体と対向する位置に、発光体が発した光を検出するフォトトランジスタなどの検出器（図示省略）が設置されている。
【００９６】
図１６に示す構成が排気通路１８に備えられている場合において、排気通路１８を通過する固形物がシート状の光を通過すると、図１６に示すように、シート状の光の一部が固形物によって遮られるようになる。その結果、検出器によって検知される光量が減衰する。この場合の光量の減衰度合いは、通過する固形物の大きさによって変化する。従って、以上説明した構成を用いて検出器が検知する光量の減衰度合いを判定することによって、所定の大きさ以上の固形物が排気通路１８を通過したことを検出することができる。
【００９７】
尚、上述した実施の形態３においては、ＥＣＵ５０が上記ステップ５００および５０２の処理を実行することにより前記第１０の発明における「固形物判定手段」が実現されている。
【００９８】
ところで、上述した実施の形態１から３においては、ノックの発生に伴って生ずる上記デポジット等の存在に起因して生ずる異常燃焼として、プレイグニッションを例に挙げて説明を行った。しかしながら、本発明は、上記デポジット等の固形物の存在に起因して生ずる異常燃焼であればプレイグニッションに限らず、正常な点火時期よりも後に混合気が自着火する現象（ポストイグニッション）が発生する予兆を検出し、また、当該ポストイグニッションの発生を予防する装置として有効なものである。
【符号の説明】
【００９９】
１０ 内燃機関
１２ ピストン
１４ 燃焼室
１４ａ 燃焼室壁面
１６ 吸気通路
１６ａ 吸気通路の下側の通路
１６ｂ 吸気通路の上側の通路
１８ 排気通路
２０ エアクリーナ
２２ エアフローメータ
２４ ターボ過給機
２６ スロットルバルブ
２８ 燃料噴射弁
３０ 点火プラグ
３２ 点火コイル
３４ 吸気弁
３６ 排気弁
３８ 吸気可変動弁機構
４０ 排気可変動弁機構
４２ クランク軸
４４ クランク角センサ
４６ 光検出装置
４８ 演算装置
５０ ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
５２ ＰＭセンサ
５４ カム角センサ
５６ 気流制御弁
５８ 隔壁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の筒内を浮遊するもしくは排気通路を通過する固形物が存在するか否かを判定する固形物判定手段と、
前記固形物判定手段によって筒内を浮遊するもしくは排気通路を通過する固形物が存在すると判定された場合に、異常燃焼が発生する予兆があると判定する異常燃焼予兆判定手段と、
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】
前記固形物判定手段は、筒内から排出される排気ガス中の黄色から赤色の波長領域の発光を検出する発光検出手段を含み、前記発光検出手段によって排気ガス中に黄色から赤色の波長領域の発光が検出された場合に、排気通路を通過する固形物が存在すると判定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記固形物判定手段は、前記内燃機関の膨張行程および排気行程のうちの少なくとも一部の期間において筒内ガス中の黄色から赤色の波長領域の発光を検出する発光検出手段を含み、前記発光検出手段によって筒内ガス中に黄色から赤色の波長領域の発光が検出された場合に、筒内を浮遊する固形物が存在すると判定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記固形物判定手段は、前記内燃機関の吸気弁の開弁期間において筒内ガス中の黄色から赤色の波長領域の発光を検出する発光検出手段を含み、前記発光検出手段によって筒内ガス中に黄色から赤色の波長領域の発光が検出された場合に、筒内を浮遊する固形物が存在すると判定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記固形物判定手段は、圧縮上死点付近のタイミングにおける筒内ガス中の黄色から赤色の波長領域の発光を検出する発光検出手段を含み、前記発光検出手段によって筒内ガス中に黄色から赤色の波長領域の発光が検出された場合に、筒内を浮遊する固形物が存在すると判定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記固形物判定手段は、燃焼光を検出する発光検出手段を含み、前記発光検出手段により検出された燃焼光の強度が所定値よりも高い場合に、筒内を浮遊する固形物が存在すると判定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記固形物判定手段は、前記発光検出手段により検出された５５０〜５６０ｎｍの波長の発光の強度が所定値よりも高い場合に、筒内を浮遊する固形物が存在すると判定することを特徴とする請求項６記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記固形物判定手段は、前記発光検出手段により検出された５８０〜６００ｎｍの波長の発光の強度が所定値よりも高い場合に、筒内を浮遊する固形物が存在すると判定することを特徴とする請求項６記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記固形物判定手段は、前記発光検出手段により検出された６１０〜６３０ｎｍの波長の発光の強度が所定値よりも高い場合に、筒内を浮遊する固形物が存在すると判定することを特徴とする請求項６記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
前記固形物判定手段は、排気ガスに含まれる固形物の帯電量に応じた出力を発するセンサを含み、前記内燃機関のサイクル毎に判定される当該センサの出力が所定値以上である場合に、排気通路を通過する固形物が存在すると判定す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。
【請求項１１】
前記異常燃焼予兆判定手段により異常燃焼が発生する予兆があると判定された場合に、当該判定の後に予定される所定数の燃焼における異常燃焼の発生を回避するための所定の異常燃焼回避制御を実行する異常燃焼予防手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜１０の何れか１つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１２】
吸気通路に配置され、筒内の気流を制御するための気流制御弁を更に備え、
前記異常燃焼予防手段は、前記異常燃焼回避制御として、筒内の気流が強化されるように前記気流制御弁を制御することを特徴とする請求項１１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１】
内燃機関の筒内を浮遊するもしくは排気通路を通過する固形物が存在するか否かを判定する固形物判定手段と、
前記固形物判定手段によって筒内を浮遊するもしくは排気通路を通過する固形物が存在すると判定された場合に、異常燃焼が発生する予兆があると判定する異常燃焼予兆判定手段と、
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】
前記固形物判定手段は、筒内から排出される排気ガス中の黄色から赤色の波長領域の発光を検出する発光検出手段を含み、前記発光検出手段によって排気ガス中に黄色から赤色の波長領域の発光が検出された場合に、排気通路を通過する固形物が存在すると判定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記固形物判定手段は、前記内燃機関の膨張行程および排気行程のうちの少なくとも一部の期間において筒内ガス中の黄色から赤色の波長領域の発光を検出する発光検出手段を含み、前記発光検出手段によって筒内ガス中に黄色から赤色の波長領域の発光が検出された場合に、筒内を浮遊する固形物が存在すると判定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記固形物判定手段は、前記内燃機関の吸気弁の開弁期間において筒内ガス中の黄色から赤色の波長領域の発光を検出する発光検出手段を含み、前記発光検出手段によって筒内ガス中に黄色から赤色の波長領域の発光が検出された場合に、筒内を浮遊する固形物が存在すると判定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記固形物判定手段は、圧縮上死点付近のタイミングにおける筒内ガス中の黄色から赤色の波長領域の発光を検出する発光検出手段を含み、前記発光検出手段によって筒内ガス中に黄色から赤色の波長領域の発光が検出された場合に、筒内を浮遊する固形物が存在すると判定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記固形物判定手段は、燃焼光を検出する発光検出手段を含み、前記発光検出手段により検出された燃焼光の強度が所定値よりも高い場合に、筒内を浮遊する固形物が存在すると判定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記固形物判定手段は、前記発光検出手段により検出された５５０〜５６０ｎｍの波長の発光の強度が所定値よりも高い場合に、筒内を浮遊する固形物が存在すると判定することを特徴とする請求項６記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記固形物判定手段は、前記発光検出手段により検出された５８０〜６００ｎｍの波長の発光の強度が所定値よりも高い場合に、筒内を浮遊する固形物が存在すると判定することを特徴とする請求項６記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記固形物判定手段は、前記発光検出手段により検出された６１０〜６３０ｎｍの波長の発光の強度が所定値よりも高い場合に、筒内を浮遊する固形物が存在すると判定することを特徴とする請求項６記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
前記固形物判定手段は、排気ガスに含まれる固形物の帯電量に応じた出力を発するセンサを含み、前記内燃機関のサイクル毎に判定される当該センサの出力が所定値以上である場合に、排気通路を通過する固形物が存在すると判定す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。
【請求項１１】
前記異常燃焼予兆判定手段により異常燃焼が発生する予兆があると判定された場合に、当該判定の後に予定される所定数の燃焼における異常燃焼の発生を回避するための所定の異常燃焼回避制御を実行する異常燃焼予防手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜１０の何れか１つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１２】
吸気通路に配置され、筒内の気流を制御するための気流制御弁を更に備え、
前記異常燃焼予防手段は、前記異常燃焼回避制御として、筒内の気流が強化されるように前記気流制御弁を制御することを特徴とする請求項１１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９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１３−８３６２５（Ｐ２０１３−８３６２５Ａ）
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１３９０４５（Ｐ２０１２−１３９０４５）
【出願日】平成２４年６月２０日（２０１２．６．２０）
【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２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年６月２０日（２０１２．６．２０）
【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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