(57)【要約】【課題】この発明は、プレイグニッションの発生箇所を特定し、発生箇所に応じて適切な対策を実施することを目的とする。【解決手段】ＥＣＵ５０は、点火時期ＳＡ以前のクランク角である所定のクランク角θにおいて、筒内圧Ｐ（θ）が基準筒内圧Ｐa（θ）よりも大きくなった場合に、プレイグニッションが発生したと判定する。そして、筒内圧の圧力上昇率α（θ）が上昇率判定値αo（θ）よりも大きい場合には、プレイグニッションの発生箇所が筒内の中央部であると判定する。また、圧力上昇率α（θ）が上昇率判定値αo（θ）以下である場合には、プレイグニッションの発生箇所が筒内の周縁部であると判定する。これにより、例えばプレイグニッションの発生箇所に冷却用の気流を発生させる制御等を行うことができ、発生箇所に応じて適切な対策を実施することができる。【選択図】図５
2011117325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の筒内圧を検出する筒内圧センサと、
点火時期制御により設定された点火時期と等しいクランク角または当該点火時期よりも進角側のクランク角である所定のクランク角において、前記筒内圧センサにより前記筒内圧を検出する燃焼前筒内圧検出手段と、
前記燃焼前筒内圧検出手段により検出された前記筒内圧と、正常な燃焼時に前記所定のクランク角で検出されるべき基準筒内圧とを比較し、当該比較結果に基いてプレイグニッションの発生を検出するプレイグニッション検出手段と、
前記所定のクランク角における前記筒内圧の上昇率を算出する圧力上昇率算出手段と、
プレイグニッションの発生が検出されたときに、前記筒内圧の上昇率に基いてプレイグニッションの発生箇所を判定する発生箇所判定手段と、
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】
前記発生箇所判定手段は、前記筒内圧の上昇率が所定の上昇率判定値よりも大きい場合に、プレイグニッションの発生箇所が筒内の中央部であると判定し、それ以外の場合には、プレイグニッションの発生箇所が筒内の周縁部であると判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】
プレイグニッションの発生が検出されたときに、ノッキングにより変動する前記筒内圧の振動周波数を解析し、当該振動周波数のうちプレイグニッションの発生箇所に応じて大きさが変化する特定の周波数成分の大きさを検出する振動解析手段と、
前記特定の周波数成分の大きさに基いてプレイグニッションの発生箇所を判定する補助判定手段と、
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】
前記特定の周波数成分はノック（１．０）モードに対応する周波数成分であり、前記補助判定手段は、前記特定の周波数成分の大きさが所定の強度判定値よりも大きい場合に、プレイグニッションの発生箇所が筒内の周縁部であると判定し、それ以外の場合には、プレイグニッションの発生箇所が筒内の中央部であると判定する構成としてなる請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
プレイグニッションが筒内の中央部で発生した場合に、筒内の中央部に配置された点火プラグに向けて気流を発生させる中央気流発生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】
前記中央気流発生手段は、筒内の中央部を流れるタンブル流を発生させるタンブルコントロールバルブを備えてなる請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
プレイグニッションが筒内の周縁部で発生した場合に、筒内の壁面近傍を流れる気流を発生させる周縁気流発生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】
前記周縁気流発生手段は、筒内の中央部を流れるタンブル流を減衰させるタンブルコントロールバルブを備えてなる請求項７に記載の内燃機関の制御装置。
【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の発生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２００３−２０６７９６号公報）に開示されているように、プレイグニッションの発生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。プレイグニッションとは、点火プラグにより筒内の混合気に点火する前に、混合気がプラグの熱等によって自然着火する現象である。プレイグニッションが発生すると、これに伴ってノッキングが誘発されるので、ピストン等に過大な負荷がかかる虞れがある。このため、内燃機関の運転中には、制御等によってプレイグニッションを回避するのが好ましい。
【０００３】
このため、従来技術では、燃焼圧センサ、イオンセンサ等によってプレイグニッションの発生または発生直前の状態を検出する構成としている。プレイグニッションの発生時（または発生直前）には、筒内圧が上昇したり、点火プラグの電極間にイオン電流が流れる傾向がある。従来技術では、これらの圧力上昇やイオン電流を検出し、プレイグニッションに対処するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２０６７９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来技術では、燃焼圧センサ、イオンセンサ等によってプレイグニッションの発生を検出する構成としている。しかしながら、従来技術の方法では、筒内におけるプレイグニッションの発生箇所が特定できないので、プレイグニッションを効果的に防止するのが難しいという問題がある。即ち、プレイグニッションは、その発生原因に応じて筒内での発生箇所が異なるので、発生箇所を特定できない。従来技術では、これを防止するための効果的な対策を実施するのが難しい。
【０００６】
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の発生箇所を特定し、発生箇所に応じて適切な対策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】
【０００７】
第１の発明は、内燃機関の筒内圧を検出する筒内圧センサと、
点火時期制御により設定された点火時期と等しいクランク角または当該点火時期よりも進角側のクランク角である所定のクランク角において、前記筒内圧センサにより前記筒内圧を検出する燃焼前筒内圧検出手段と、
前記燃焼前筒内圧検出手段により検出された前記筒内圧と、正常な燃焼時に前記所定のクランク角で検出されるべき基準筒内圧とを比較し、当該比較結果に基いてプレイグニッションの発生を検出するプレイグニッション検出手段と、
前記所定のクランク角における前記筒内圧の上昇率を算出する圧力上昇率算出手段と、
プレイグニッションの発生が検出されたときに、前記筒内圧の上昇率に基いてプレイグニッションの発生箇所を判定する発生箇所判定手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
第２の発明によると、前記発生箇所判定手段は、前記筒内圧の上昇率が所定の上昇率判定値よりも大きい場合に、プレイグニッションの発生箇所が筒内の中央部であると判定し、それ以外の場合には、プレイグニッションの発生箇所が筒内の周縁部であると判定する構成としている。
【０００９】
第３の発明は、プレイグニッションの発生が検出されたときに、ノッキングにより変動する前記筒内圧の振動周波数を解析し、当該振動周波数のうちプレイグニッションの発生箇所に応じて大きさが変化する特定の周波数成分の大きさを検出する振動解析手段と、
前記特定の周波数成分の大きさに基いてプレイグニッションの発生箇所を判定する補助判定手段と、
を備える構成としている。
【００１０】
第４の発明は、前記特定の周波数成分はノック（１．０）モードに対応する周波数成分であり、前記補助判定手段は、前記特定の周波数成分の大きさが所定の強度判定値よりも大きい場合に、プレイグニッションの発生箇所が筒内の周縁部であると判定し、それ以外の場合には、プレイグニッションの発生箇所が筒内の中央部であると判定する構成としている。
【００１１】
第５の発明は、プレイグニッションが筒内の中央部で発生した場合に、筒内の中央部に配置された点火プラグに向けて気流を発生させる中央気流発生手段を備える構成としている。
【００１２】
第６の発明によると、前記中央気流発生手段は、筒内の中央部を流れるタンブル流を発生させるタンブルコントロールバルブを備える構成としている。
【００１３】
第７の発明は、プレイグニッションが筒内の周縁部で発生した場合に、筒内の壁面近傍を流れる気流を発生させる周縁気流発生手段を備える構成としている。
【００１４】
第８の発明によると、前記周縁気流発生手段は、筒内の中央部を流れるタンブル流を減衰させるタンブルコントロールバルブを備える構成としている。
【発明の効果】
【００１５】
第１の発明によれば、発生箇所判定手段は、プレイグニッションの発生箇所を特定することができるので、発生箇所に応じて発生原因を推定することができる。これにより、例えばプレイグニッションの発生箇所に冷却用の気流を発生させる等の制御を実施することができる。従って、発生箇所や発生原因に対処した必要最小限の対策でプレイグニッションを効果的に低減することができる。
【００１６】
第２の発明によれば、筒内圧の上昇率は、プレイグニッションの発生箇所に応じて異なる。従って、発生箇所判定手段は、筒内圧センサ以外に特別な検出装置等を用いなくても、筒内圧の上昇率に基いてプレイグニッションの発生箇所を正確かつ容易に特定することができる。
【００１７】
第３の発明によれば、プレイグニッションが発生した場合には、これに伴ってノッキングが発生する傾向がある。振動解析手段は、ノッキングにより生じる筒内圧の振動周波数のうち、プレイグニッションの発生箇所に応じて大きさが変化する特定の周波数成分の大きさを検出することができる。これにより、補助判定手段は、前記特定の周波数成分の大きさに基いてプレイグニッションの発生箇所を判定し、この判定結果を筒内圧の上昇率に基いた発生箇所の判定結果に加味することができる。従って、プレイグニッションの発生箇所が誤判定されるのを防止し、判定精度を高めることができる。
【００１８】
第４の発明によれば、ノック（１．０）モードに対応する周波数成分の大きさは、プレイグニッションの発生箇所が筒内の周縁部である場合に増大し、発生箇所が筒内の中央部である場合に減少する傾向がある。従って、この周波数成分の大きさに基いてプレイグニッションの発生箇所を判定することができる。
【００１９】
第５の発明によれば、中央気流発生手段は、プレイグニッションが筒内の中央部で発生した場合に、筒内の中央部に配置された点火プラグに向けて気流を発生させることができる。この気流により、筒内中央部でのプレイグニッションの発生原因と考えられる過熱状態の点火プラグを効率よく冷却し、プレイグニッションを効果的に抑制することができる。従って、プレイグニッションの発生箇所（発生原因）に応じて適切な対策を実施することができる。
【００２０】
第６の発明によれば、タンブルコントロールバルブは、筒内の中央部を流れるタンブル流を発生させることができ、点火プラグを効率よく冷却することができる。
【００２１】
第７の発明によれば、周縁気流発生手段は、筒内の壁面近傍を流れる気流を発生させることができる。この気流により、筒内周縁部でのプレイグニッションの発生原因と考えられる筒内壁面のホットスポット等を効率よく冷却し、プレイグニッションを効果的に抑制することができる。従って、プレイグニッションの発生箇所（発生原因）に応じて適切な対策を実施することができる。
【００２２】
第８の発明によれば、タンブルコントロールバルブは、筒内中央部に発生するタンブル流を減衰させることにより、筒内の壁面近傍を流れる気流を相対的に増大させることができ、筒内壁面を効率よく冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【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全体構成図である。
【図２】燃焼室内の構造を示す平面図である。
【図３】燃焼行程における筒内圧の変化を示す特性線図である。
【図４】図３中の点火時期近傍を拡大して示す拡大図である。
【図５】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。
【図６】円環の理論振動周波数を示す説明図である。
【図７】ノッキングの発生時に生じる圧力変動を周波数解析した特性線図である。
【図８】本発明の実施の形態２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。
【図９】本発明の実施の形態３において、タンブルコントロールバルブを示す説明図である。
【図１０】ＴＣＶにより筒内に形成される気流の状態を示す説明図である。
【図１１】本発明の実施の形態４において、タンブルコントロールバルブを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１乃至図５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全体構成図である。本実施の形態のシステムは、例えばガソリンエンジンからなる内燃機関１０を備えている。内燃機関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、内燃機関１０のクランク軸１６に連結されている。また、内燃機関１０は、各気筒に吸入空気を吸込む吸気通路１８と、各気筒から排気ガスが排出される排気通路２０とを備えている。吸気通路１８には、吸入空気量を検出するエアフローメータ２２と、吸気通路１８の流路面積を調整して吸入空気量を増減させる電子制御式のスロットルバルブ２４とが設けられている。また、排気通路２０には、排気ガスを浄化する触媒２６が設けられている。
【００２５】
また、内燃機関１０の各気筒には、燃焼室１４内（筒内）に燃料を噴射する燃料噴射弁２８と、筒内の混合気に点火する点火プラグ３０と、吸気通路１８を筒内に対して開，閉する吸気バルブ３２と、排気通路２０を筒内に対して開，閉する排気バルブ３４とが設けられている。ここで、図２は、燃焼室内の構造を示す平面図である。この図に示すように、点火プラグ３０は、燃焼室１４の中央に配置されており、吸気バルブ３２と排気バルブ３４は、点火プラグ３０を取囲む位置に２個ずつ配置されている。また、内燃機関１０には、排気圧を利用して吸入空気を過給する過給機３６が搭載されている。過給機３６は、排気通路２０内に設けられて排気圧により回転駆動されるタービン３６ａと、吸気通路１８内に設けられてタービン３６ａと一緒に回転するコンプレッサ３６ｂとを備えている。
【００２６】
さらに、本実施の形態のシステムは、クランク角センサ３８、筒内圧センサ４０等を含むセンサ系統と、内燃機関１０の運転状態を制御するＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０とを備えている。クランク角センサ３８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、ＥＣＵ５０は、この出力に基いて機関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。また、筒内圧センサ４０は、本実施の形態の筒内圧検出手段を構成するもので、各気筒の筒内圧（燃焼圧）を検出するものである。
【００２７】
センサ系統には、前記エアフローメータ２２とセンサ３８，４０に加えて、車両や内燃機関の制御に必要な各種のセンサ（例えば内燃機関の冷却水温を検出する水温センサ、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ、排気空燃比を検出する空燃比センサ等）が含まれており、これらのセンサはＥＣＵ５０の入力側に接続されている。また、ＥＣＵ５０の出力側には、スロットルバルブ２４、燃料噴射弁２８、点火プラグ３０等を含む各種のアクチュエータが接続されている。そして、ＥＣＵ５０は、内燃機関の運転状態をセンサ系統により検出しつつ、各アクチュエータを駆動する。具体的には、センサ系統の出力に基いて、燃料の噴射量及び噴射時期を設定する燃料噴射制御や、点火時期を設定する点火時期制御等を実行する。そして、これらの設定内容に応じて各アクチュエータを駆動する。ＥＣＵ５０の制御には、プレイグニッションの発生検出制御と、発生箇所の判定制御とが含まれている。以下、これらの制御について説明する。
【００２８】
［プレイグニッションの発生検出制御］
図３は、燃焼行程における筒内圧の変化を示す特性線図であり、図４は、図３中の点火時期近傍を拡大して示す拡大図である。まず、図３に示すように、正常な燃焼行程では、点火時期制御により設定された点火時期が到来し、点火プラグ３０により混合気に点火した時点で燃焼が開始される。従って、この場合には、筒内圧が点火時期よりも遅角側のクランク角において上昇することになる。これに対し、プレイグニッションが発生した場合には、点火時期が到来する前に混合気が発火するので、筒内圧は、点火時期以前のクランク角（即ち、点火時期と等しいクランク角または点火時期よりも進角側のクランク角）において上昇を開始する。つまり、プレイグニッションが生じた場合には、点火時期以前の所定のクランク角において、正常燃焼時よりも筒内圧が増大することになる。
【００２９】
そこで、ＥＣＵ４０は、図４に示すように、点火時期ＳＡ以前のクランク角である所定のクランク角θにおいて、筒内圧センサ４０により筒内圧Ｐ（θ）を検出する。そして、この筒内圧Ｐ（θ）と所定の基準筒内圧Ｐa（θ）とを比較することにより、プレイグニッションの有無を判定する。プレイグニッションが発生した場合には、筒内圧Ｐ（θ）が基準筒内圧Ｐa（θ）よりも大きくなるので、ＥＣＵ４０は、Ｐ（θ）＞Ｐa（θ）が成立した場合に、プレイグニッションが発生したと判定することができる。
【００３０】
ここで、基準筒内圧Ｐa（θ）とは、正常な燃焼時にクランク角θで検出されるべき所定の筒内圧Ｐo（θ）（図４参照）に対して、誤判定防止用の余裕代δを付加したものであり、下記（１）式により表される。
【００３１】
Ｐa（θ）＝Ｐo（θ）＋δ      ・・・（１）
【００３２】
なお、本実施の形態では、上記（１）式により基準筒内圧Ｐa（θ）を設定する構成としたが、本発明はこれに限らず、筒内圧Ｐo（θ）をそのまま基準筒内圧として用いる構成としてもよい。また、基準筒内圧Ｐa（θ）は、所定のクランク角θでの筒内圧であるから、点火時期ＳＡとクランク角θとの位置関係に応じて変化する。このため、ＥＣＵ４０には、点火時期ＳＡと基準筒内圧Ｐa（θ）との関係をデータ化したマップデータが予め記憶されている。従って、ＥＣＵ４０は、点火時期制御により設定した点火時期ＳＡに基いて、基準筒内圧Ｐa（θ）を算出することができる。
【００３３】
［プレイグニッションの発生箇所判定制御］
プレイグニッションは、図２に示すように、筒内の中央部に発生する場合（発生パターンＡ）と、筒内の周縁部に発生する場合（発生パターンＢ）がある。本願発明者は、これらの場合の筒内圧を比較することにより、単位クランク角当りの筒内圧の上昇率ｄＰ／ｄθ（以下、単に圧力上昇率αと称す）がプレイグニッションの発生箇所に応じて異なることを発見した。即ち、プレイグニッションが筒内中央部に発生した場合には、図４中に示す特性線Ａのように、筒内圧が急激に上昇し、例えば前述のクランク角θにおける圧力上昇率αＡは大きな値となる。これに対し、プレイグニッションが筒内周縁部に発生した場合には、特性線Ｂに示すように、筒内中央部に発生した場合と比較して筒内圧が緩やかに上昇し、クランク角θにおける圧力上昇率αＢは小さな値となる（αＡ＞αＢ）。
【００３４】
上述した圧力上昇率αＡ，αＢの差異は、次の理由により生じると考えられる。一般に、内燃機関は、混合気の燃焼性を向上させるために、筒内中央部で混合気の流速（乱れ）が比較的大きくなるように構成されている。このため、プレイグニッションが筒内中央部で始まると、混合気の大きな乱れによって燃焼速度が増大し、燃焼が筒内全域に高速で伝播される。この結果、燃焼圧が短時間で上昇するので、圧力上昇率αＡは大きな値となる。一方、プレイグニッションが筒内周縁部で始まった場合には、混合気の乱れが小さい分だけ燃焼速度が遅くなるので、圧力上昇率αＢは相対的に小さな値となる。本実施の形態では、この原理を応用することにより、所定のクランク角θにおける圧力上昇率に基いてプレイグニッションの発生箇所を判定する構成としている。なお、クランク角θは、点火時期ＳＡ以前のクランク角範囲において、上述した圧力上昇率αＡ，αＢの差異が特に大きくなるような角度に設定するのが好ましい。この角度は、実験等に基いて容易に求めることができる。
【００３５】
より詳しく説明すると、発生箇所判定制御では、クランク角θにおいてプレイグニッションの発生が検出されたときに、この時点での筒内圧Ｐ（θ）と、クランク角θから微小角度Δθだけ進んだクランク角（θ＋Δθ）における筒内圧Ｐ（θ＋Δθ）とを検出する。そして、筒内圧Ｐ（θ），Ｐ（θ＋Δθ）の圧力差に基いて、クランク角θにおける圧力上昇率α（θ）を算出し、その算出値を所定の上昇率判定値αo（θ）と比較する。ここで、上昇率判定値αo（θ）は、プレイグニッションの発生パターンＡ，Ｂを判別できるような値に設定されており、一例を挙げれば、前述した圧力上昇率αＡ，αＢの中間値に設定されている。この値はクランク角θに応じて変化するので、ＥＣＵ４０には、上昇率判定値αo（θ）をクランク角毎に設定したマップデータが予め記憶されている。
【００３６】
そして、ＥＣＵ４０は、圧力上昇率α（θ）が上昇率判定値αo（θ）よりも大きい場合に、プレイグニッションの発生箇所が筒内の中央部であると判定する。また、圧力上昇率α（θ）が上昇率判定値αo（θ）以下である場合には、プレイグニッションの発生箇所が筒内の周縁部であると判定する。このように、本実施の形態では、筒内圧センサ４０以外に特別な検出装置等を用いなくても、圧力上昇率α（θ）に基いてプレイグニッションの発生箇所を正確かつ容易に特定することができる。一方、プレイグニッションは、その発生原因に応じて発生箇所が異なる傾向がある。即ち、筒内中央部のプレイグニッションは、過熱された点火プラグ３０が着火点となって発生した可能性が高く、筒内周辺部のプレイグニッションは、筒内壁面の高温部位（ホットスポット）が着火点となって発生した可能性が高い。
【００３７】
従って、本実施の形態によれば、プレイグニッションの発生箇所を特定することにより、その発生原因を推定することができ、発生原因に応じて適切な対策を実施することができる。即ち、プレイグニッションが筒内中央部で発生した場合には、例えば点火プラグ３０の近傍に気流を生じさせ、プラグの冷却効率を高めることにより、プレイグニッションの発生を抑えることができる。また、プレイグニッションが筒内周縁部で発生した場合には、例えば筒内の壁面近傍を流れる気流を生じさせ、壁面のホットスポット等を冷却することにより、プレイグニッションの発生を抑えることができる。
【００３８】
［実施の形態１を実現するための具体的な処理］
図５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。なお、図５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５に示すルーチンでは、まず、点火時期制御により設定された点火時期ＳＡと、クランク角センサ３８により検出したクランク角θとを比較し、クランク角θが点火時期ＳＡ以前であるか否かを判定する（ステップ１００）。この判定が不成立の場合には、プレイグニッションの発生検出を行うタイミングではないので、そのまま終了する。また、ステップ１００の判定が成立した場合には、筒内圧センサ４０により検出された筒内圧Ｐ（θ）を読込む（ステップ１０２）。
【００３９】
次の処理では、筒内圧Ｐ（θ）が基準筒内圧Ｐa（θ）よりも大きいか否かを判定する（ステップ１０４）。この判定が不成立の場合には、プレイグニッションが発生していないと判定し、そのまま終了する。また、ステップ１０４の判定が成立した場合には、プレイグニッションの発生が検出されたので、その発生箇所を特定するために圧力上昇率α（θ）を算出する（ステップ１０６）。そして、圧力上昇率α（θ）が上昇率判定値αo（θ）よりも大きいか否かを判定する（ステップ１０８）。この判定が成立した場合には、プレイグニッションが筒内中央部で発生したものと判定する（ステップ１１０）。また、ステップ１０８の判定が不成立の場合には、プレイグニッションが筒内周縁部で発生したものと判定する（ステップ１１２）。そして、次の処理では、プレイグニッションの発生箇所に応じた制御を実行する（ステップ１１４）。
【００４０】
以上詳述した通り、本実施の形態によれば、筒内圧Ｐ（θ）に基いてプレイグニッションの発生を確実に検出することができ、かつ圧力上昇率ｄＰ／ｄθに基いてプレイグニッションの発生箇所を特定することができる。これにより、プレイグニッションの発生箇所に応じて発生原因を推定することができ、発生原因に対処した必要最小限の対策でプレイグニッションを効果的に低減することができる。
【００４１】
なお、上述した実施の形態１において、図５中のステップ１０２は、燃焼前筒内圧検出手段の具体例を示し、ステップ１０４は、プレイグニッション検出手段の具体例を示している。また、ステップ１０６は、圧力上昇率算出手段の具体例を示し、ステップ１０８〜１１２は、発生箇所判定手段の具体例を示している。
【００４２】
実施の形態２．
次に、図６乃至図８を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態では、前記実施の形態１と同様のシステム構成（図１）を採用しているものの、以下に述べる制御において、実施の形態１と構成が異なるものである。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００４３】
［実施の形態２の特徴］
プレイグニッションが発生した場合には、これに伴ってノッキングが発生する傾向がある（前述の図３参照）。そこで、本実施の形態では、ノッキングにより変動する筒内圧の振動周波数を解析し、当該振動周波数のうちプレイグニッションの発生箇所に応じて大きさが変化する特定周波数成分の大きさを検出する。そして、この特定周波数成分の大きさに基いてプレイグニッションの発生箇所を判定する構成としている。
【００４４】
図６は、円環の理論振動周波数を示す説明図である。即ち、図６は、円環状の筒内において、ノッキングが発生した場合に出現する筒内圧の共振周波数（周波数モード）を表している。図６において、左列は周波数モードの種類を示し、中央列は各周波数モードにおける筒内の圧力分布を示し、右列は各周波数モードの固有値Ｕmnを示している。一般に、特定の周波数モードの理論振動周波数ｆＲは、当該周波数モードの固有値Ｕmnと、シリンダのボア径Ｂと、音速Ｃとに基いて、下記（２）式のように表すことができる。
【００４５】
ｆＲ＝（Ｃ／πＢ）・Ｕmn      ・・・（２）
【００４６】
図７は、ノッキングの発生時に生じる圧力変動を周波数解析した特性線図である。この図は、ノッキングの発生時に検出した筒内圧Ｐ（θ）をフーリエ変換することにより得ることができる。図７に示すように、ノッキングの発生時には、上述した各種の周波数モードに対応する周波数成分が出現する。本願発明者は、これらの周波数モードのうち、周波数モード（１．０）に対応する特定の周波数成分ｆ1.0の大きさ（強度）がプレイグニッションの発生箇所に応じて変化することを発見した。以下の説明では、この周波数モード（１．０）のことをノック（１．０）モードと称するものとする。
【００４７】
ノック（１．０）モードに対応する周波数成分ｆ1.0の大きさは、プレイグニッションの発生箇所が筒内の周縁部である場合に増大し、発生箇所が筒内の中央部である場合に減少する傾向がある。何故なら、プレイグニッションが筒内の周縁部で発生した場合には、燃焼により生じた圧力波が筒内を横断する方向（直径方向）に進行し易くなる。一方、ノック（１．０）モードは、図６中の圧力分布から判るように、筒内を直径方向に横断する圧力波の共振状態であるから、燃焼が筒内の周縁部で発生すると、ノック（１．０）モードに対応する圧力波が生じ易くなり、これによって周波数成分ｆ1.0が強く出現する。
【００４８】
そこで、本実施の形態では、プレイグニッションの発生が検出された状態において、周波数成分ｆ1.0の大きさＡ(ｆ1.0)が所定の強度判定値Ａ（θ）よりも大きい場合に、発生箇所が筒内周縁部であると判定し、周波数成分ｆ1.0の大きさＡ(ｆ1.0)が強度判定値Ａ（θ）以下である場合には、発生箇所が筒内中央部であると判定する構成としている。ここで、強度判定値Ａ（θ）は、プレイグニッションの発生パターンＡ，Ｂを判別できるような値に設定されており、一例を挙げれば、発生箇所が筒内中央部である場合の周波数成分ｆ1.0の大きさと、発生箇所が筒内周縁部である場合の周波数成分ｆ1.0の大きさとの中間値に設定されている。この値はクランク角θに応じて変化するので、ＥＣＵ４０には、強度判定値Ａ（θ）をクランク角毎に設定したマップデータが予め記憶されている。
【００４９】
このように、本実施の形態では、ノック（１．０）モードに対応する特定の周波数成分ｆ1.0の大きさに基いて、プレイグニッションの発生箇所を特定することができる。また、周波数成分ｆ1.0を利用した発生箇所の判定制御は、前記実施の形態１で説明したプレイグニッションの発生検出制御及び発生箇所の判定制御と並行して実施される。そして、本実施の形態では、例えば圧力上昇率に基いた判定結果と、周波数成分ｆ1.0に基いた判定結果とが一致したときに、プレイグニッションの発生箇所が確定されたと判断し、発生箇所に応じた対策を実施する。この構成によれば、圧力上昇率に基いた判定結果に対して、周波数成分ｆ1.0に基いた判定結果を加味することができるので、プレイグニッションの発生箇所が誤判定されるのを防止し、判定精度を高めることができる。
【００５０】
［実施の形態２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２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。なお、図８に示すルーチンは、実施の形態１（図５）に記載されたルーチンと並行して、内燃機関の運転中に繰返し実行されるものとする。
【００５１】
図８に示すルーチンでは、まず、ステップ２００〜２０４において、実施の形態１のステップ１００〜１０４と同様の処理を実行する。そして、プレイグニッションの発生が検出された場合には、ノッキングにより生じた筒内圧の振動周波数を解析し（ステップ２０６）、ノック（１．０）モードに対応する周波数成分ｆ1.0の大きさＡ(ｆ1.0)が強度判定値Ａ（θ）よりも大きいか否かを判定する（ステップ２０８）。
【００５２】
そして、ステップ２０８の判定が成立した場合には、プレイグニッションが筒内周縁部で発生したものと判定する（ステップ２１０）。また、ステップ２０８の判定が不成立の場合には、プレイグニッションが筒内中央部で発生したものと判定する（ステップ２１２）。そして、次の処理では、プレイグニッションの発生箇所に応じた制御を実行する（ステップ２１４）。
【００５３】
なお、上述した実施の形態２では、図８中のステップ２０６が振動解析手段の具体例を示し、ステップ２０８〜２１２は、発生箇所判定手段の具体例を示している。
【００５４】
また、実施の形態２では、プレイグニッションの発生箇所を判定することが可能な特定の周波数成分として、ノック（１．０）モードに対応する周波数成分ｆ1.0を例示した。しかし、本発明はこの周波数成分ｆ1.0に限定されるものではなく、発生箇所の判定が可能な他の周波数成分を、前記特定の周波数成分として用いる構成としてもよい。
【００５５】
実施の形態３．
次に、図９及び図１０を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態では、前記実施の形態１と同様のシステム構成（図１）を採用しているものの、ＴＣＶ（タンブルコントロールバルブ）を備えており、この点で実施の形態１と構成が異なるものである。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００５６】
［実施の形態３の特徴］
図９は、本発明の実施の形態３において、タンブルコントロールバルブを示す説明図である。本実施の形態では、筒内に混合気のタンブル流（縦渦）を発生させるＴＣＶ（タンブルコントロールバルブ）６０を用いる構成としている。ＴＣＶ６０は、本実施の形態の中央気流発生手段を構成するもので、プレイグニッションが筒内の中央部で発生した場合に、筒内中央部の点火プラグ３０に向けて流れる気流を形成するものである。ＴＣＶ６０は、図９（ａ）に示すように、吸気通路１８のうち燃焼室１４に開口した吸気ポート１８ａの近傍に配置されている。また、ＴＣＶ６０は、電磁アクチュエータ（図示せず）によって駆動されるバタフライ弁等からなり、ＥＣＵ５０から電磁アクチュエータに出力される制御信号に応じて、図９（ａ）に示す停止位置と作動位置の何れかに駆動される。
【００５７】
ＴＣＶ６０は、その基端側が吸気通路１８の下部側の壁面近傍で揺動可能に支持されており、ＴＣＶ６０の揺動時には、その先端側が吸気通路１８の上部側の壁面に対して近接，離間するように構成されている。そして、ＴＣＶ６０の先端側には、図９（ｂ）に示すように、吸気通路１８の上部壁面に向けて開口した切欠き状の開口部６０ａが設けられている。なお、図９（ｂ）は、ＴＣＶ６０を図９（ａ）中の断面Ｘに沿って破断した断面図である。吸気通路１８の上部側は、燃焼室１４の中央部（図９中の左側）に向けて吸入空気が流入する流路となっている。従って、上記開口部６０ａによれば、以下に述べるように筒内で点火プラグ３０の近傍を流れるタンブル流を発生させることができる。
【００５８】
次に、本実施の形態のシステム動作について説明する。まず、本実施の形態では、前記実施の形態１と同様に、プレイグニッションの発生検出制御と、発生箇所の判定制御とを実施する。そして、プレイグニッションの発生が検出されない場合には、ＴＣＶ６０を停止位置に保持する。停止位置では、ＴＣＶ６０が吸気通路１８の壁面に沿って配置される。このため、吸入空気の流れは、ＴＣＶ６０により影響を受けることなく、吸気通路１８を通って筒内に流入し、筒内で通常の気流を形成する。また、プレイグニッションの発生が筒内の周辺部で発生した場合にも、ＴＣＶ６０は停止位置に保持される。
【００５９】
一方、プレイグニッションの発生が検出され、かつ発生箇所が筒内の中央部であると判定された場合には、ＥＣＵ５０によりＴＣＶ６０が駆動される。これにより、ＴＣＶ６０は作動位置に変位し、吸気通路１８を閉塞するように通路の壁面から立上がった状態となる。この結果、吸入空気は、ＴＣＶ６０の開口部６０ａを通過するので、吸気通路１８の上部側に偏った状態で通路内を流通し、筒内の中央部に流入するようになる。図１０は、ＴＣＶにより筒内に形成される気流の状態を示す説明図である。このうち、図１０（ａ）は筒内の上部側を示す斜視図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）中に示す断面Ｙに沿って破断した燃焼室１４の断面図である。これらの図に示すように、吸気ポート１８ａの上部側から筒内の中央部に流入した吸入空気は、点火プラグ３０の近傍を流れる気流（タンブル流）Ｆ1を発生させる。
【００６０】
上述したように、本実施の形態によれば、プレイグニッションの発生箇所が筒内中央部であると判定された場合に、ＴＣＶ６０により筒内中央部を流れる気流Ｆ1を発生させることができる。そして、この気流Ｆ1により、筒内中央部でのプレイグニッションの発生原因と考えられる過熱状態の点火プラグ３０を効率よく冷却し、プレイグニッションを効果的に抑制することができる。従って、プレイグニッションの発生箇所（発生原因）に応じて適切な対策を実施することができる。
【００６１】
実施の形態４．
次に、図１１を参照して、本発明の実施の形態４について説明する。本実施の形態では、前記実施の形態１と同様のシステム構成（図１）に加えて、ＴＣＶを採用している。しかし、本実施の形態のＴＣＶは、筒内中央部を流れるタンブル流を減衰させる機能を備えており、この点で実施の形態１，３と構成が異なるものである。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００６２】
［実施の形態４の特徴］
図１１は、本発明の実施の形態４において、タンブルコントロールバルブを示す説明図である。本実施の形態では、筒内中央部を流れるタンブル流を減衰させるＴＣＶ７０を用いる構成としている。ＴＣＶ７０は、本実施の形態の周縁気流発生手段を構成するもので、筒内中央部のタンブル流を減衰させることにより、燃焼温度を抑制し、筒内の壁面温度を低下させると共に、壁面近傍を流れる気流を発生させるものである。また、ＴＣＶ７０は、前記実施の形態３とほぼ同様に、電磁駆動式のバタフライ弁等によって構成されており、ＥＣＵ５０から出力される制御信号に応じて停止位置と作動位置の何れかに駆動される。
【００６３】
ＴＣＶ７０は、その基端側が吸気通路１８の下部側の壁面近傍で揺動可能に支持されており、ＴＣＶ７０の揺動時には、その先端側が吸気通路１８の下部側の壁面に対して近接，離間するように構成されている。また、ＴＣＶ７０は、略Ｖ字の断面形状を有する板材等によって形成され、その先端側と基端側の中間部には、吸気通路１８の壁面から中央に向けて突出するように屈曲した屈曲部７０ａが設けられている。一方、吸気通路１８の下部側の壁面には、図１１（ａ）に示すように、ＴＣＶ７０の位置に凹部７２が形成されている。そして、ＴＣＶ７０が停止位置に保持された状態では、屈曲部７０ａを含むＴＣＶ７０のほぼ全体が凹部７２内に収容される構成となっている。
【００６４】
次に、本実施の形態のシステム動作について説明する。まず、本実施の形態では、前記実施の形態１と同様に、プレイグニッションの発生検出制御と、発生箇所の判定制御とを実施する。そして、プレイグニッションの発生が検出されない場合には、ＴＣＶ７０を停止位置に保持する。停止位置では、ＴＣＶ７０が凹部７２内に収容されるので、吸入空気の流れは、ＴＣＶ７０により影響を受けることなく、吸気通路１８を通って筒内に流入し、筒内で通常の気流を形成する。また、プレイグニッションの発生が筒内の中央部で発生した場合にも、ＴＣＶ７０は停止位置に保持される。
【００６５】
一方、プレイグニッションの発生が検出され、かつ発生箇所が筒内の周縁部であると判定された場合には、図１１（ｂ）に示すように、ＥＣＵ５０によりＴＣＶ７０が作動位置に駆動される。これにより、ＴＣＶ７０の屈曲部７０ａは、凹部７２から吸気通路１８内に突出した位置に保持される。この結果、吸気通路１８の下部側（燃焼室１４の周縁部に近い側）の壁面形状は、屈曲部７０ａの位置で部分的に縮径し、屈曲部７０ａの下流側で再び拡径した状態となる。このため、吸気通路１８内を流れる吸入空気の一部は、上述した壁面形状に沿って導かれることにより、吸気通路１８の下部側から筒内の周縁部（図１１中の右側）に流入するようになる。即ち、ＴＣＶ７０は、筒内中央部に発生するタンブル流を減衰させ、筒内の壁面近傍を流れる気流Ｆ2を相対的に増大させることができる。
【００６６】
上述したように、本実施の形態によれば、プレイグニッションの発生箇所が筒内周縁部であると判定された場合には、ＴＣＶ７０により筒内中央部のタンブル流を減衰させ、燃焼温度を抑制し、筒内の壁面温度を低下させることができる。即ち、タンブル流が減衰すると、燃焼速度が遅くなるので、これに伴って燃焼温度や壁面温度を低下させることができる。しかも、ＴＣＶ７０は、筒内周縁部を流れる気流Ｆ2を発生させることができる。この気流Ｆ2により、筒内周縁部でのプレイグニッションの発生原因と考えられる筒内壁面のホットスポット等を効率よく冷却し、プレイグニッションを効果的に抑制することができる。従って、プレイグニッションの発生箇所（発生原因）に応じて適切な対策を実施することができる。
【００６７】
なお、前記実施の形態３，４では、実施の形態１の構成に対してＴＣＶ６０，７０を用いるものとした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば実施の形態１，２の構成を組合わせた上で、この構成に対してＴＣＶ６０，７０を適用してもよい。また、実施の形態３，４では、吸気通路１８にＴＣＶ６０，７０の何れかを設ける場合を例示したが、本発明では、吸気通路１８に２つのＴＣＶ６０，７０を一緒に設ける構成としてもよい。さらに、本発明において、筒内に気流Ｆ1，Ｆ2を発生させる手段は、タンブルコントロールバルブに限定されるものではない。即ち、例えばスワールコントロールバルブや、他の手段によって気流Ｆ1，Ｆ2を発生させる構成としてもよい。
【００６８】
また、実施の形態３，４では、プレイグニッションの発生箇所に応じてＴＣＶ６０，７０を駆動する制御について説明した。これらの制御は、実施の形態１，２の図５、図８において、ステップ１１４，２１４により実施される制御の一例である。しかし、本発明では、これらのステップ１１４，２１４において、ＴＣＶに関係しない他の制御を実施する構成としてもよい。
【００６９】
さらに、実施の形態では、筒内噴射型の燃料噴射弁２８と過給機３６とを備えた内燃機関１０を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば吸気ポートに燃料を噴射する内燃機関や、過給機をもたない内燃機関を含めて、各種の内燃機関に広く適用することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１０  内燃機関
１２  ピストン
１４  燃焼室
１６  クランク軸
１８  吸気通路
１８ａ  吸気ポート
２０  排気通路
２２  エアフローメータ
２４  スロットルバルブ
２６  触媒
２８  燃料噴射弁
３０  点火プラグ
３２  吸気バルブ
３４  排気バルブ
３６  過給機
３８  クランク角センサ
４０  筒内圧センサ
５０  ＥＣＵ
６０  ＴＣＶ（中央気流発生手段）
６０ａ  開口部
７０  ＴＣＶ（周縁気流発生手段）
７０ａ  屈曲部
７２  凹部
【図１】
2011117325.tif 000003
【図２】
2011117325.tif 000004
【図３】
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【図４】
2011117325.tif 000006
【図５】
2011117325.tif 000007
【図６】
2011117325.tif 000008
【図７】
2011117325.tif 000009
【図８】
2011117325.tif 000010
【図９】
2011117325.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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