(57)【要約】【課題】イオン電流検出装置４を１気筒だけに設けて各気筒のプレイグニッションを確実に回避できるようにする。【解決手段】内燃機関の出荷検査時に、全気筒の点火プラグにイオン電流検出装置を取り付け（ステップ１）、気筒毎に点火時期を徐々に進角させていって、プレイグニッションの予兆が生じる直前の限界の点火時期を求める（ステップ３〜７）。各気筒のプレイグニッション限界となる点火時期進角量を気筒毎の学習補正値Ｈ１〜Ｈ４としてエンジンコントローラに記憶させた後、♯１気筒以外のイオン電流検出装置を取り外す（ステップ１１）。出荷後は、気筒毎の学習補正値Ｈ１〜Ｈ４を用いて各気筒の点火時期を制御する。♯１気筒のイオン電流からプレイグニッションの予兆を検出したら、全気筒で等しく点火時期遅角によるプレイグニッション回避を行う。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の出荷検査時に、全気筒に燃焼状態検知装置を取り付け、気筒毎に燃焼特性を測定する工程と、
各気筒の燃焼特性の測定結果に基づき、全気筒の燃焼特性を平均化するための気筒毎の学習値を求め、内燃機関の制御装置に記憶する工程と、
出荷前に、少なくとも１気筒の燃焼状態検知装置を残して、他の気筒から燃焼状態検知装置を取り外す工程と、
記憶した気筒毎の学習値を用いて内燃機関の運転を行う工程と、
運転中に、残された燃焼状態検知装置により検出された燃焼状態に基づいて、全気筒の燃焼条件の補正を行う工程と、
を備えてなる多気筒内燃機関の燃焼状態検知方法。
【請求項２】
上記燃焼状態検知装置は、点火プラグを検出プローブとしたイオン電流検出装置からなることを特徴とする請求項１に記載の多気筒内燃機関の燃焼状態検知方法。
【請求項３】
上記の気筒毎の燃焼特性の測定として、点火時期を進角させていき、異常燃焼ないしその予兆が発生する限界の点火時期を各気筒毎に測定することを特徴とする請求項１または２に記載の多気筒内燃機関の燃焼状態検知方法。
【請求項４】
上記学習値は、各気筒の点火時期の補正に用いられる補正値からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の多気筒内燃機関の燃焼状態検知方法。
【請求項５】
内燃機関の点火プラグにそれぞれ取り付けられる点火プラグ駆動回路として、通常の点火プラグ駆動回路と、イオン電流検出機能付き点火プラグ駆動回路と、を予め準備し、
上記燃焼状態検知装置の取り付けおよび取り外しは、両者の交換によって行われる請求項１〜４のいずれかに記載の多気筒内燃機関の燃焼状態検知方法。
【請求項６】
上記の燃焼条件の補正を行う工程は、残された燃焼状態検知装置によりプレイグニッションの予兆を検出したときに、プレイグニッション回避のための燃料増量もしくは点火時期遅角を全気筒に等しく行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の多気筒内燃機関の燃焼状態検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、プレイグニッション等の異常燃焼の回避のために各気筒の燃焼状態を検知する技術に関し、特に、多気筒内燃機関における燃焼状態検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プレイグニッション等の異常燃焼の回避のために、筒内圧や燃焼室内でのイオン電流などから各気筒の燃焼状態を検知する技術が知られている。
【０００３】
特許文献１には、点火プラグを検出プローブとしたイオン電流検出装置を利用して、プレイグニッションの予兆を検出し、その検出時に有効圧縮比の低減などのプレイグニッション回避制御を行うことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−５７９４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の構成では、多気筒内燃機関の各気筒にイオン電流検出装置（イオン電流検出回路）が設けられているため、そのハードウェア構成が複雑かつ大型のものとなってしまう。例えば、一つの例では、イオン電流検出回路は、点火コイルを含む点火プラグ駆動回路の一部として構成され、各気筒毎に一つのユニットとして、点火プラグの上方に個々に配置されるが、イオン電流検出回路を含むユニットは相対的に大型となるので、シリンダヘッドカバー上面に占める占有スペースが大きくなる。
【０００６】
この発明は、一部の気筒の燃焼状態検知装置でもって全気筒の燃焼状態を正しく代表できるようにし、ハードウェア構成の小型化および簡素化を図ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る多気筒内燃機関の燃焼状態検知方法は、
内燃機関の出荷検査時に、全気筒に燃焼状態検知装置を取り付け、気筒毎に燃焼特性を測定する工程と、
各気筒の燃焼特性の測定結果に基づき、全気筒の燃焼特性を平均化するための気筒毎の学習値を求め、内燃機関の制御装置に記憶する工程と、
出荷前に、少なくとも１気筒の燃焼状態検知装置を残して、他の気筒から燃焼状態検知装置を取り外す工程と、
記憶した気筒毎の学習値を用いて内燃機関の運転を行う工程と、
運転中に、残された燃焼状態検知装置により検出された燃焼状態に基づいて、全気筒の燃焼条件の補正を行う工程と、
を備えている。
【０００８】
この方法においては、出荷前に、実際に全気筒に燃焼状態検知装置を取り付けた状態で気筒毎の燃焼特性が測定され、全気筒の燃焼特性が平均化するように、学習値が設定される。出荷後は、この学習値を用いて内燃機関の運転が行われるので、各気筒の燃焼特性が揃ったものとなる。換言すれば、各気筒の異常燃焼の生じやすさについての気筒間ばらつきが学習値で相殺され、プレイグニッション等の異常燃焼に対する各気筒の余裕代（異常燃焼に対する耐性）が均等となる。
【０００９】
従って、出荷後の運転中は、燃焼状態検知装置が残された一部気筒で燃焼状態を監視することにより、全ての気筒について異常燃焼の回避を行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、出荷後の製品としては、一部気筒のみに燃焼状態検知装置が設けられたものとなるため、ハードウェア構成が小型でかつ簡素なものとなり、同時に、コスト低減が可能である。また、一部気筒の燃焼状態が全気筒の燃焼状態を正しく代表したものとなり、全気筒について異常燃焼の回避を確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明による出荷後の内燃機関のシステム構成を示す説明図。
【図２】この発明の一実施例における処理の流れを示すフローチャート。
【図３】各気筒の点火時期学習補正値についての説明図。
【図４】出荷後の運転中における点火時期制御を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
図１は、この発明が適用された自動車用内燃機関１のシステム構成を示している。この内燃機関１は、直列４気筒の筒内直噴型火花点火式内燃機関であって、各気筒毎に、筒内へ向けて燃料を噴射する燃料噴射弁２を備えているとともに、生成された混合気に点火を行うための点火プラグ３を備えている。ここで、図１は、出荷検査を終えて出荷された後の内燃機関１の構成を示しており、♯１気筒の点火プラグ３に対してのみ、燃焼状態検知装置となるイオン電流検出装置４が付設されている。このイオン電流検出装置４は、点火プラグ３自体を検出プローブとして利用するものであり、実際には、イオン電流検出機能付き点火プラグ駆動回路として点火コイルを含む一つのユニットに構成されている。他の♯２〜♯４気筒においては、イオン電流検出機能を具備しない通常の点火プラグ駆動回路（図示せず）が各点火プラグ３に付設されている。
【００１４】
また各気筒は、吸気弁５と排気弁７とを具備しているが、吸気弁５は、該吸気弁５の開閉時期（少なくとも閉時期）を可変制御できる可変動弁装置６を備えている。この可変動弁装置６および上記の点火プラグ駆動回路は、エンジンコントローラ１０によって制御されている。
【００１５】
吸気通路１１の上流側には、エンジンコントローラ１０からの制御信号によって開度が制御される電子制御型スロットル弁１２が介装されており、排気通路１３から吸気通路１１に至る排気還流通路１４には、排気還流制御弁１５が介装されている。
【００１６】
上記エンジンコントローラ１０には、上記のイオン電流検出装置４のほか、機関回転速度を検出するためのクランク角センサ１６、吸入空気量を検出するエアフロメータ１７、吸気温を検出する吸気温センサ１８、冷却水温を検出する水温センサ１９、潤滑油温を検出する油温センサ２０、運転者により操作されるアクセルペダルの踏込量を検出するアクセル開度センサ２１、等のセンサ類の検出信号が入力されている。エンジンコントローラ１０は、これらの検出信号に基づき、燃料噴射弁２による燃料噴射量および噴射時期、点火プラグ３による点火時期、吸気弁５の開閉時期、スロットル弁１２の開度、等を最適に制御している。
【００１７】
次に、図２のフローチャートに基づいて、上記内燃機関１の出荷検査から出荷に至るまでの作業手順について説明する。
【００１８】
組立が完了した内燃機関１は、４つの気筒の燃焼特性のばらつきに対処するために、出荷に先だって検査を行う。この出荷検査は、内燃機関１を車両に搭載する前の台上試験として行ってもよく、あるいは、内燃機関１を車両に搭載した状態で行ってもよい。
【００１９】
まず初めに、ステップ１として、イオン電流検出装置４を各気筒に取り付ける。具体的には、イオン電流検出機能付き点火プラグ駆動回路を各気筒の点火プラグ３に取り付ける。
【００２０】
そして、一定の環境条件において、異常燃焼、ここではプレイグニッションの検査を行う（ステップ２）。なお、上記の環境条件としては、プレイグニッションが比較的生じやすい環境条件、例えば、内燃機関１の温度条件を比較的高くし、かつ吸気温を高く与える、などとしてもよい。
【００２１】
具体的には、ステップ３において、♯１気筒を最初の検査対象気筒として選択し、内燃機関１を例えばプレイグニッションが生じやすい低速高負荷条件で運転しつつ、イオン電流に基づく当該気筒の燃焼特性の測定を開始する。この開始時点での点火時期は、プレイグニッションが発生しない所定の検査用基準点火時期とする。そして、ステップ４において、当該気筒の点火時期を１°ＣＡずつ進角していき、ステップ５において、プレイグニッションの予兆が検出されたか否かを繰り返し判定する。このステップ４，５の処理は、当該気筒でプレイグニッションの予兆が検出されるまで繰り返す。ある点火時期進角においてプレイグニッションの予兆が検出されたら、その直前の点火時期がプレイグニッションの予兆発生限界であるので、ステップ６において、点火時期を１°ＣＡだけ遅角し、かつステップ７において、このときの点火時期を♯１気筒のプレイグニッション限界として決定する。
【００２２】
♯１気筒の測定が完了したら、♯１気筒の点火時期を所定の検査用基準点火時期に戻した上で、ステップ３に戻って、次の♯２気筒を検査対象気筒として選択し、同様にステップ４，５の処理を繰り返し行う。そして、当該♯２気筒でプレイグニッションの予兆が検出されたら、１°ＣＡだけ遅角し、このときの点火時期を♯２気筒のプレイグニッション限界として決定する。
【００２３】
♯２気筒の測定が完了したら、♯２気筒の点火時期を所定の検査用基準点火時期に戻した上で、ステップ３に戻って、次の♯３気筒を検査対象気筒として選択し、同様にステップ４，５の処理を繰り返し行う。そして、当該♯３気筒でプレイグニッションの予兆が検出されたら、１°ＣＡだけ遅角し、このときの点火時期を♯３気筒のプレイグニッション限界として決定する。
【００２４】
♯４気筒についても同様であり、♯３気筒の測定が完了したら、ステップ３に戻って、次の♯４気筒を検査対象気筒として選択し、ステップ４，５の処理を繰り返し行う。そして、当該♯４気筒でプレイグニッションの予兆が検出されたら、１°ＣＡだけ遅角し、このときの点火時期を♯４気筒のプレイグニッション限界として決定する。
【００２５】
図３は、各気筒に対するステップ３〜７の処理を時系列に模式的に示した説明図であって、縦軸が点火時期を表しているが、図示例では、♯１気筒は、検査用基準点火時期（初期点火時期）に対し＋３°ＣＡの進角量でプレイグニッションの予兆が発生し、従って、その直前の（つまり１°ＣＡ遅角させた）点火時期である「検査用基準点火時期＋２°ＣＡ」がプレイグニッション限界となる。同様に、この例では、♯２気筒のプレイグニッション限界は、「検査用基準点火時期＋１°ＣＡ」、♯３気筒のプレイグニッション限界は「検査用基準点火時期＋３°ＣＡ」、♯４気筒のプレイグニッション限界は「検査用基準点火時期＋０°ＣＡ」、である。
【００２６】
このようにして全気筒での検査が完了したら、図２のステップ８からステップ９へ進み、各々の検査で得られた各気筒のプレイグニッション限界を気筒別の学習補正値Ｈ１〜Ｈ４として決定する。そして、ステップ１０において、エンジンコントローラ１０のメモリに、これらの学習補正値Ｈ１〜Ｈ４を記憶する。なお、この例では、図３に示すように、検査用基準点火時期からプレイグニッション限界までの進角量をそのまま最終的な学習補正値Ｈ１〜Ｈ４としているが、他の基準となるクランク角（例えば上死点等）を基準とした進角量に置き換えるようにしてもよい。
【００２７】
以上で燃焼特性のばらつきに関する一連の出荷検査が完了し、最後に、ステップ１１において、♯２気筒、♯３気筒および♯４気筒のイオン電流検出装置４を取り外す。具体的には、♯１気筒以外の気筒の点火プラグ３からイオン電流検出機能付き点火プラグ駆動回路を取り外し、イオン電流検出機能を具備しない通常の点火プラグ駆動回路に交換する。このようにして、♯１気筒のみにイオン電流検出装置４を残した状態で内燃機関１は出荷される。
【００２８】
前述したように、図１は、この出荷状態の内燃機関１に相当し、♯１気筒のみにイオン電流検出装置４を備えている。この内燃機関１では、以後の運転中に、上記の学習補正値Ｈ１〜Ｈ４を用いて各気筒の点火時期がそれぞれ設定され、かつ♯１気筒のイオン電流検出装置４で測定される燃焼特性に基づいて、プレイグニッション回避制御が全気筒で一斉に行われる。
【００２９】
図４は、出荷後の内燃機関１において実行される点火時期制御を示したフローチャートである。これは、内燃機関１の運転中繰り返し実行されるものであって、ステップ１０１において、吸入空気量Ｑａと機関回転速度Ｎｅとを読み込み、ステップ１０２において、これらの吸入空気量Ｑａと機関回転速度Ｎｅとに基づいて、例えば所定の点火時期マップから基本点火時期ＡＤＶ０を求める。なお、この基本点火時期ＡＤＶ０は、ある基準となるクランク角からの進角量として表されている。
【００３０】
次に、ステップ１０３において、♯１気筒のイオン電流検出装置４を用いて、♯１気筒の燃焼特性に相関したイオン電流の検知を行う。そして、ステップ１０４では、このイオン電流に基づいて、プレイグニッションの予兆があるか否かを判別する。ここでプレイグニッションの予兆が検出されれば、ステップ１０５へ進んで、プレイグニッション回避用遅角補正量ＨＰを所定の微小量ΔＨＰだけ増加させ、プレイグニッションの予兆がなければ、ステップ１０８へ進んで、プレイグニッション回避用遅角補正量ＨＰを逆に所定の微小量ΔＨＰだけ減少させる。なお、ＨＰｚは、プレイグニッション回避用遅角補正量ＨＰの前回値である。
【００３１】
また、ステップ１０５に続くステップ１０６では、徐々に増加するプレイグニッション回避用遅角補正量ＨＰの上限リミット処理を行っており、従って、プレイグニッション回避用遅角補正量ＨＰは、ある上限値よりも大きくならない。同様に、ステップ１０８に続くステップ１０９では、徐々に減少するプレイグニッション回避用遅角補正量ＨＰのゼロリミット処置を行っており、従って、プレイグニッション回避用遅角補正量ＨＰは、０よりも小さな値とはならない。
【００３２】
ステップ１０７では、最終的な各気筒の点火時期ＡＤＶ１〜ＡＤＶ４をそれぞれ算出する。具体的には、基本点火時期ＡＤＶ０に各学習補正値Ｈ１〜Ｈ４を加算し、かつプレイグニッション回避用遅角補正量ＨＰを減算したものとして、各気筒の点火時期ＡＤＶ１〜ＡＤＶ４を求める。
【００３３】
図４から明らかなように、上述の出荷検査を経た内燃機関１においては、例えばプレイグニッション回避用遅角補正量ＨＰが０であると仮定すると、基本点火時期ＡＤＶ０を気筒毎の学習補正値Ｈ１〜Ｈ４でもって補正した形で各気筒の点火時期ＡＤＶ１〜ＡＤＶ４が与えられる。これは、出荷検査においてプレイグニッション限界となる点火時期が各気筒毎に測定され、かつ各々の限界が同じ点火時期に揃うように学習補正値Ｈ１〜Ｈ４が定められているためである。
【００３４】
例えば図３の例では、各気筒の種々の条件の差異（例えば冷却温度分布のばらつきなど）により、♯１気筒に比べて、♯２気筒のプレイグニッション限界となる点火時期は、１°ＣＡだけ遅角側にある。同様に、♯３気筒のプレイグニッション限界となる点火時期は、♯１気筒よりも１°ＣＡ進角側にあり、♯４気筒のプレイグニッション限界となる点火時期は、♯１気筒よりも２°ＣＡ遅角側にある。これに対し、基本点火時期ＡＤＶ０に学習補正値Ｈ１〜Ｈ４をそれぞれ加えれば、これらのプレイグニッション限界となる点火時期の差異が相殺され、各気筒のプレイグニッション限界が一律に揃うこととなる。例えば、図３の例では、学習補正値Ｈ１を加えた後の♯１気筒の点火時期ＡＤＶ１に比較して、学習補正値Ｈ２を加えた後の♯２気筒の点火時期ＡＤＶ２は、１°ＣＡだけ遅角側となる。従って、仮に、運転条件の変化に伴う基本点火時期ＡＤＶ０の進角により♯１気筒でプレイグニッションが発生したとすると、理論上は、♯２気筒においても同時にプレイグニッションが発生することとなり、これは♯３気筒、♯４気筒についても同様である。
【００３５】
そして、上記の内燃機関１は、各気筒のプレイグニッション限界となる点火時期が学習補正値Ｈ１〜Ｈ４によって一律に揃っていることを前提として、♯１気筒でのプレイグニッションの予兆の判定に基づいて、各気筒で同一量のプレイグニッション回避用遅角補正量ＨＰを与えている。従って、運転条件の変化に伴うプレイグニッションの発生が全ての気筒において、確実に回避される。
【００３６】
なお、上記実施例では、出荷検査の際に代表的な１つの運転条件の下で各気筒の学習補正値Ｈ１〜Ｈ４を求め、実際の運転中に全ての運転領域で同じ学習補正値Ｈ１〜Ｈ４を用いる例を説明したが、本発明はこれに限らず、個々の気筒について複数の運転条件の下でそれぞれ学習補正値を求め、実際の運転中は、そのときの運転条件に対応した各気筒の学習補正値でもって点火時期ＡＤＶ１〜ＡＤＶ４を決定するようにすることも可能である。
【００３７】
また、上記実施例では、プレイグニッション回避を、気筒間ばらつきの学習の対象とした点火時期そのものの遅角補正で行っているが、本発明はこれに限らず、公知の種々の手段、例えば、燃料噴射弁２による筒内への燃料噴射量の増量、可変動弁装置６を用いた有効圧縮比の低下、スロットル弁１２による吸入空気量の低下、などによるプレイグニッション回避制御と組み合わせることが可能である。
【００３８】
また、上記実施例では、各気筒の燃焼特性のばらつきを点火時期でもって学習補正しているが、本発明はこれに限らず、燃料噴射量や有効圧縮比など他の異常燃焼に相関するパラメータを気筒毎に学習補正するようにしてもよい。
【００３９】
さらに、出荷検査後にイオン電流検出装置４を残す気筒は複数気筒であってもよく、また当然のことながら、♯１気筒に限られるものではない。
【符号の説明】
【００４０】
１…内燃機関
２…燃料噴射弁
４…イオン電流センサ
６…可変動弁装置
１０…エンジンコントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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