JP2010025039A - 燃焼異常状態判別装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自着火燃焼の発生を検出した場合に、さらにその燃焼態様を判別することのできる燃焼異常状態判別装置を新規に提供する。
【解決手段】１つの気筒の複数箇所にイオン電流検出手段（燃焼検出装置）としての点火プラグが備えられた火花点火式内燃機関に適用する。そして、イオン電流検出手段による検出結果に基づき自着火燃焼の発生を検出する自着火検出手段（Ｓ３０）と、自着火燃焼を検出した場合において、複数のイオン電流検出手段による各々の検出結果が示す着火時期が略同一である場合には気筒内の全体が高温となっているＨＣＣＩ燃焼状態（重度異常状態）と判定し、各々の検出結果が示す着火時期が略同一でない場合には気筒内の一部分が高温となっているヒートスポット燃焼状態（軽度異常状態）と判定する異常状態判別手段（Ｓ５０，Ｓ６０，Ｓ７０）と、を備える。
【選択図】 図３

Description

本発明は、点火式内燃機関にて発生した圧縮自着火燃焼の状態を判別する燃焼異常状態判別装置に関する。

点火プラグの火花で着火させる点火式内燃機関において、高圧縮比となるよう設計された近年の内燃機関では、点火プラグにより火花着火する場合よりも早いタイミングで圧縮自着火して燃焼する自着火燃焼の発生が懸念される。この懸念に対し特許文献１では、気筒内での燃焼発生に伴い点火プラグの中心電極及び接地電極間にイオン電流が流れることに着目しており、イオン電流が検出されるタイミングが早ければ自着火燃焼が発生していると判定している。そして、自着火燃焼の発生を検出した場合には、点火プラグによる点火時期を遅角させている。つまり、点火時期を最適点火時期ＭＢＴ（Minimum Advance for the Best Torque）から遠ざけることで、気筒内温度を低下させて自着火燃焼の抑制を図っている。
特開平１１−１３６１５号公報

本発明者らは、自着火燃焼の態様について検討したところ、以下に説明する２種類の態様が存在することを見出した。１つは、気筒内の全体が高温となっている状態で、気筒内の混合気全体が一気に自着火して燃焼するといった態様である（以下、ＨＣＣＩ燃焼と呼ぶ）。１つは、点火プラグの先端部分や気筒内に堆積したデポジットが局部的に高温となった状態で、その高温となった箇所（ヒートスポット）の近傍の混合気が自着火し、その自着火による火炎が気筒内の混合気全体に伝播して燃焼するといった態様である（以下、ヒートスポット燃焼と呼ぶ）。

そして、ＨＣＣＩ燃焼の場合には気筒内の全体が高温となっているため燃焼エネルギが過大であり、クランク軸等のエンジン部品の損傷が懸念される。これに対し、ヒートスポット燃焼の場合にはＨＣＣＩ燃焼に比べれば燃焼エネルギは小さいため、部品損傷の懸念は軽減される。

したがって、自着火燃焼の発生を検出するだけでなく、ＨＣＣＩ燃焼及びヒートスポット燃焼のいずれの態様で自着火燃焼しているかを判別できれば、その判別結果に応じた内容で内燃機関を制御できる。換言すれば、自着火燃焼の発生を検出した時に単純に点火時期を遅角させていた従来制御では、ヒートスポット燃焼の場合にもＨＣＣＩ燃焼の場合と同様の遅角量にするため、必要以上に遅角させていることとなり、燃費向上の余地がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、自着火燃焼の発生を検出した場合に、さらにその燃焼態様を判別することのできる燃焼異常状態判別装置を新規に提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

請求項１記載の発明は、
点火プラグの火花で着火させる点火式内燃機関に適用された燃焼異常状態判別装置であって、
前記内燃機関を構成する１つの気筒の複数箇所に配置され、実際の着火時期と相関のある物理量（以下、単に着火時期と記載）を検出する燃焼検出装置と、
前記複数の燃焼検出装置による各々の検出結果のうち少なくとも１つの検出結果に基づき、前記点火プラグにより火花着火する場合よりも早いタイミングで圧縮自着火して燃焼する自着火燃焼の発生を検出する自着火検出手段と、
前記自着火検出手段により自着火燃焼を検出した場合において、前記複数の燃焼検出装置による各々の検出結果が示す着火時期が略同一である場合には前記気筒内の全体が高温となっている重度異常状態（ＨＣＣＩ燃焼状態）と判定し、前記各々の検出結果が示す着火時期が略同一でない場合には前記気筒内の一部分が高温となっている軽度異常状態（ヒートスポット燃焼状態）と判定する異常状態判別手段と、
を備えることを特徴とする。

ここで、先述したＨＣＣＩ燃焼の場合には、気筒内の混合気全体が一気に自着火して燃焼するため、複数箇所に配置された燃焼検出装置の各々にて検出される着火時期は略同一となるはずである。一方、先述したヒートスポット燃焼の場合には、ヒートスポット近傍の混合気が自着火し、その自着火燃焼が気筒内の混合気全体に伝播して燃焼するため、燃焼検出装置の各々にて検出される着火時期には「ずれ」が生じるはずである。

この知見に基づき、上記請求項１記載の発明では、１つの気筒の複数箇所に燃焼検出装置を配置して、複数の燃焼検出装置による各々の検出結果が示す着火時期が略同一である場合には重度異常状態（ＨＣＣＩ燃焼状態）、略同一でない場合には軽度異常状態（ヒートスポット燃焼状態）と判定するので、自着火燃焼の発生を検出した場合に、さらにその燃焼態様を判別（つまりＨＣＣＩ燃焼及びヒートスポット燃焼のいずれであるかを判別）することができる。

請求項２記載の発明では、前記自着火燃焼を抑制するよう前記内燃機関の制御内容を変更する自着火抑制手段を備え、前記異常状態判別手段により前記重度異常状態であると判定された場合には、前記自着火抑制手段による前記変更を実行し、前記軽度異常状態であると判定された場合には、前記重度異常状態時に比べて前記変更の度合いを小さくする又は前記変更を禁止することを特徴とする。

これによれば、軽度異常状態の時に自着火を抑制させるよう制御内容を変更するにあたり、重度及び軽度のいずれの異常状態であるかに拘わらずに自着火抑制手段による変更を実行する場合に比べて、過剰に変更させてしまうことを軽減できる。例えば、点火時期を遅角させるよう変更することで自着火抑制を図る場合において、軽度異常状態時に過剰遅角させることを軽減して燃費向上を図ることができる。

請求項３記載の発明では、前記内燃機関には、前記気筒に取り付けられた吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方の開弁期間を変更するバルブタイミング調整装置が搭載されており、前記自着火抑制手段は、前記両バルブが同時に開弁するオーバラップ期間を長くするよう前記制御内容を変更することを特徴とする。

このようにオーバラップ期間を長くすれば、気筒内の圧力が低下されて温度が低下することとなる。よって、気筒内の全体が高温となっている状態を即座に回避できるので、ＨＣＣＩ燃焼による自着火燃焼を容易に抑制することができる。

請求項４記載の発明では、前記複数の燃焼検出装置による各々の検出結果が示す着火時期のずれ量のうち、前記火花着火により燃焼している場合のずれ量の平均値を正常ずれ量とし、前記異常状態判別手段は、検出した前記ずれ量が前記正常ずれ量の半分以下である場合に、前記略同一であるとして前記重度異常状態と判定することを特徴とする。このように、正常ずれ量の半分以下である場合を略同一として重度異常状態と判定すれば、異常状態判別手段による判別の精度を良好にできるとの知見を本発明者らは得ている。例えば、請求項５記載の如く、前記正常ずれ量をクランク角度で約４℃Ａに設定することが具体例として挙げられる。

請求項６記載の発明では、前記燃焼検出装置は、前記気筒内での燃焼発生に伴い前記点火プラグの中心電極及び接地電極間に流れるイオン電流を検出するイオン電流検出手段であることを特徴とする。

気筒内での燃焼発生に伴い点火プラグの両電極間にイオン電流が流れるので、このようにイオン電流が生じたタイミングを検出することで実際の着火時期を推定することが容易に実現できる。よって、イオン電流検出手段を燃焼検出装置として適用した上記請求項６記載の発明によれば、実際の着火時期を精度良く推定でき、ひいては異常状態判別手段による判別精度を向上できる。

なお、イオン電流検出手段の他に、燃焼検出装置の具体例としては、気筒内の圧力を検出する筒内圧力センサが挙げられる。筒内圧力のピーク時期と着火時期とは相関が高いので、筒内圧力センサを燃焼検出装置として適用しても、実際の着火時期を精度良く推定できる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。

本実施形態の点火制御システムは、火花点火式のガソリンエンジンに適用され、当該エンジンの点火制御を司る電子制御装置（以下、ＥＣＵという）は、エンジン運転状態に基づいて各気筒に設けられた点火プラグの点火時期を最適時期に制御する。以下、点火制御システムの詳細を説明する。

図１は、本実施形態における燃焼異常状態判別装置が搭載された、エンジン制御装置の概要を示す構成図である。エンジン１０（内燃機関）のシリンダヘッドには、１つの気筒に対して２本の点火プラグ２０，２０１が配設されている。一方の点火プラグ２０（センタプラグ）は燃焼室１１の上部中央に配置され、他方の点火プラグ２０１（サイドプラグ）は燃焼室の側部に配置されている。これらの両プラグ２０，２０１は同じ構造であるため、以下、センタプラグ２０の構造について説明し、サイドプラグ２０１の構造については説明を省略する。

プラグ先端に備えられた中心電極２１及び接地電極２２は燃焼室１１内に露出している。また、点火プラグ２０にはイグニッションコイル３０を構成する二次コイル３２の一端が接続され、二次コイル３２の他端は、後述するイオン電流検出回路４０（燃焼検出装置（イオン電流検出手段））を介して接地されている。

イグニッションコイル３０を構成する一次コイル３１の一端は１２Ｖのバッテリ３３に接続され、一次コイル３１の他端はパワートランジスタ３４のコレクタに接続されている。パワートランジスタ３４のベースに入力されるＥＣＵ５０（点火制御装置）からのオンオフ点火信号に応じてパワートランジスタ３４がオンされると、バッテリ３３から供給された一次電流が一次コイル３１に流れる。一次コイル３１への通電後、トランジスタ３５がオフされると、二次コイル３２に高電圧が誘起され、点火プラグ２０の両電極２１，２２間にてスパーク（火花）が生じる。なお、筒内圧変化を表す図２（ａ）に示すように、混合気への着火時期ｔ３は、スパーク開始時期ｔ２からタイムラグ（着火遅れ時間）がある。

図２（ｂ）は、上述の如く一次コイル３１への通電を制御した場合における二次側電圧の変化を示しており、圧縮行程中のｔ１時点において、一次側への通電開始により二次側に電圧が発生する。その後、ｔ２時点において、一次側への通電終了により二次側での容量放電が起こり、両電極２１，２２間でのスパークが開始され、燃焼行程中のｔ４時点においてスパークが終了する。

イオン電流検出回路４０は、一対のツェナーダイオード４１，４２、コンデンサ４３（充電手段）及び抵抗４４等から構成されている。かかる構成において、パワートランジスタ３４がオンからオフに切り替えられ、点火プラグ２０にてスパークすると、ツェナーダイオード４１によって規定される電圧でコンデンサ４３に電荷が蓄積される。つまり、イグニッションコイル３０の二次側から点火プラグ２０に供給される電力の一部を用いてコンデンサ４３を充電（自己充電）する。そして、点火プラグ２０の両電極２１，２２間には、充電されたコンデンサ４３を電源として電圧印加される。

混合気が着火、燃焼して燃焼室１１で火炎が発生すると、点火プラグ２０の両電極２１，２２間がイオン化されて通電経路が形成されることとなる。すると、コンデンサ４３に蓄積された電荷がイオン電流として、点火電流とは逆向きに両電極２１，２２間を流れる（図１中の符号Ｉion参照）。このイオン電流は、抵抗４４の両端電位差として検出される。この電位差信号は、反転増幅器４５により反転増幅され、イオン電流の出力値ＶａとしてＥＣＵ５０に出力される。

ちなみに、ツェナーダイオード４１は、コンデンサ４３へ自己充電する時にコンデンサ４３への充電電圧をツェナー電圧に規制する役割を果たす。また、ツェナーダイオード４２は、イオン電流が流れる時に抵抗４４に生じる電圧をツェナー電圧に規制する役割を果たす。

センタプラグ２０に対して設けられているイグニッションコイル３０、パワートランジスタ３４及びイオン電流検出回路４０は、サイドプラグ２０１についても同様にして設けられており、サイドプラグ２０１に対して設けられたイオン電流検出回路４０１からは、イオン電流出力値ＶｂがＥＣＵ５０へ向けて出力される。なお、点火プラグ２０，２０１及びイオン電流検出回路４０，４０１は、実際の着火時期と相関のある物理量（イオン電流）を検出するイオン電流検出手段（燃焼検出装置）に相当する。つまり、センタプラグ２０及びサイドプラグ２０１により、気筒内の２箇所で燃焼の有無が検出可能である。

ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等からなるマイクロコンピュータ５１、イオン電流検出部５２、及び点火制御部５３等を有して構成されている。イオン電流検出部５２は、イオン電流検出回路４０，４０１から出力されたイオン電流検出信号Ｖａ，Ｖｂ（つまり反転増幅器４５からの出力値）を取得する。取得した信号波形は、失火した場合等、燃焼がなされていない場合には図２（ｃ）中の一点鎖線に示す波形となり、燃焼した場合には図２（ｃ）中の実線に示す波形となる。

さらにイオン電流検出部５２は、ピークホールド回路等を用いて、予め設定された所定期間（例えば、スパーク開始直後から燃焼行程終了までの期間）におけるイオン電流検出信号Ｖａ，Ｖｂの最大値Ｖpeakを算出する。ちなみに、図２（ｃ）中の符号Ｎ１に示す波形は、一次側への通電を開始させて二次側に電圧が発生させたことに伴い生じるノイズである。また、符号Ｎ２に示す波形は、スパーク開始に伴い生じるノイズである。

マイコン５１は、イオン電流検出部５２にて算出された最大値Ｖpeakが現れた時期ｔ５（図２（ｃ）参照）に基づき、着火時期ｔ３（図２（ａ）参照）を推定することができる。また、その最大値Ｖpeakの大きさに基づき、燃焼行程にて失火が生じたか否かを判定する。本実施形態では、センタプラグ２０により検出されたイオン電流検出信号Ｖａに基づき算出された最大値Ｖpeak及びその出現時期ｔ５に基づき、着火時期ｔ３の推定及び失火有無の判定を行っている。

ＥＣＵ５０には、クランク角センサ（図示せず）から出力されるエンジン回転速度信号、及びエアフロセンサ（図示せず）から出力される吸気量信号（又は吸気圧センサから出力される吸気圧信号）等が入力される。マイコン５１は、これらの信号に基づき図示しないマップを用いて最適点火時期を算出し、当該点火時期に基づき点火信号ＩＧｔを点火制御部５３に出力する。点火制御部５３は、点火信号ＩＧｔに基づき、スパーク開始時点ｔ２が前述の最適点火時期となるよう、パワートランジスタ３４へのベース電流を制御する。

ちなみに、点火時期を最適点火時期ＭＢＴまで進角させることができれば燃費を向上できるものの、ＭＢＴに近づけるように進角させていくとノッキングの発生が懸念される。そこで、点火時期を制御するにあたり、点火時期を徐々に進角させていき、ノックセンサ等によるノッキングの発生が検出されると遅角補正する。これにより、ノッキングが発生しない程度に点火時期をＭＢＴに近づけることを図っている。

さらにＥＣＵ５０は、エンジンの運転状態を制御する各種エンジン制御手段６０の作動を制御する。エンジン制御手段６０の具体例としては燃料噴射弁（図示せず）、スロットルバルブ（図示せず）、及びバルブタイミング調整装置１８等が挙げられる。バルブタイミング調整装置１８は、クランク軸の回転角度に対するカム軸１７の回転角度を調整（位相調整）する装置であり、この位相調整により、吸気バルブ１３又は排気バルブ１４の開閉タイミングを制御する。つまりＥＣＵ５０は、燃料噴射量及び噴射時期の制御、燃焼室１１に流入する吸気量の制御、及び吸気バルブ１３又は排気バルブ１４の開閉タイミング等を制御する。

ところで、エンジン１０を高圧縮比となるよう設計している場合には、燃焼室１１の温度が高温になってくると、点火プラグ２０，２０１により火花着火する場合よりも早いタイミングで圧縮自着火して燃焼する自着火燃焼の発生が懸念される。なお、図２（ａ）中の一点鎖線は、自着火燃焼した場合における筒内圧変化を表している。

マイコン５１は、このような自着火燃焼の発生有無を検出するとともに、先述したＨＣＣＩ燃焼状態（重度異常状態）及びヒートスポット燃焼状態（軽度異常状態）のいずれの態様で自着火燃焼しているのかを判別する。つまり、自着火燃焼の発生を検出した場合において、気筒内の全体が高温となっていることに起因して自着火燃焼（ＨＣＣＩ燃焼）しているのか、或いは、点火プラグ２０，２０１の先端部分等が局部的に高温となっていることに起因して自着火燃焼（ヒートスポット燃焼）しているのかをマイコン５１は判別する。そして、自着火燃焼の発生有無、及び燃焼態様の判別結果に応じて、自着火燃焼が抑制されるようエンジン１０の制御内容を変更している。

次に、上述した自着火燃焼の発生有無判定、及び燃焼態様の判別等を実行する手順を説明する。図３は、これらの判定及び判別を実行するマイコン５１の処理手順を示しており、イグニッションスイッチがオン操作されたことをトリガとして起動した後、所定周期（例えば先述のＣＰＵが行う演算周期）毎又は所定のクランク角度毎に繰り返し実行される。なお、図３の処理を実行する時のＥＣＵ５０は燃焼異常状態判別装置に相当する。

先ず、ステップＳ１０において、両点火プラグ２０，２０１にて検出されたイオン電流検出信号Ｖａ，Ｖｂを取得し、続くステップＳ２０において、取得したイオン電流検出信号Ｖａ，Ｖｂの最大値Ｖpeakが現れた時期ｔ５を算出する。なお、図２（ｄ）（ｅ）は、自着火燃焼が発生した時のイオン電流検出信号Ｖａ，Ｖｂをそれぞれ示しており、以下、センタプラグ２０によるイオン電流検出信号Ｖａの最大値Ｖpeakが現れた時期をイオン検出時期ｔａと表記し、サイドプラグ２０１によるイオン電流検出信号Ｖｂの最大値Ｖpeakが現れた時期をイオン検出時期ｔｂと表記する。

続くステップＳ３０（自着火検出手段）では、両イオン検出時期ｔａ，ｔｂの少なくとも一方に基づき自着火燃焼の発生有無を判定する。ここでは、センタプラグ２０によるイオン検出時期ｔａが、予め設定された閾値ＴＨｔ５よりも早い時期である場合に自着火燃焼が発生していると判定し、イオン検出時期ｔａが閾値ＴＨｔ５よりも遅い時期である場合には点火プラグ２０，２０１の火花で着火して燃焼（正常燃焼）していると判定する。ここで用いる閾値ＴＨｔ５は、エンジン１０の運転状態（例えばエンジン回転速度及びエンジン負荷等）に応じて可変設定される。

続くステップＳ４０では、センタプラグ２０によるイオン検出時期ｔａと、サイドプラグ２０によるイオン検出時期ｔｂとのずれ量Ｍ（図２（ｄ）（ｅ）参照）を算出する（Ｍ＝｜ｔａ−ｔｂ｜）。続くステップＳ５０（異常状態判別手段）では、算出したずれ量Ｍに基づき、ＨＣＣＩ燃焼及びヒートスポット燃焼のいずれであるかを判別する。

ここで、ＨＣＣＩ燃焼の場合には、気筒内の混合気全体が一気に自着火して燃焼するため、センタプラグ２０によるイオン検出時期ｔａとサイドプラグ２０によるイオン検出時期ｔｂとは略同一となるはずである。一方、ヒートスポット燃焼の場合には、ヒートスポット部分近傍の混合気が自着火し、その自着火燃焼が気筒内の混合気全体に伝播して順次燃焼するため、両検出時期ｔａ，ｔｂには「ずれ」が生じるはずである。

上記ステップＳ５０では、この点に着目して判別を行っており、具体的には、ずれ量Ｍが予め設定された閾値ＴＨｍ以下であれば、両検出時期ｔａ，ｔｂは略同一であるとみなしている。そして、ずれ量Ｍ≦ＴＨｍであると判定されれば（Ｓ５０：ＹＥＳ）、続くステップＳ６０（異常状態判別手段）においてＨＣＣＩ燃焼であると判定し、ずれ量Ｍ≦ＴＨｍでないと判定されれば（Ｓ５０：ＮＯ）、続くステップＳ７０（異常状態判別手段）においてヒートスポット燃焼であると判定する。

ここで、自着火が生じていない場合の正常燃焼時、或いはヒートスポット燃焼時において生じる、両検出時期ｔａ，ｔｂのずれ量の平均的な値は、両点火プラグ２０，２０１の間隔に応じて変化する。正確には、センタプラグ２０の電極２１とサイドプラグ２０１の電極との距離（点火栓間隔）に比例して変化する。図４は、イオン検出時期ずれ量Ｍと点火栓間隔との関係を示す試験結果であり、図４中の実線は、正常燃焼時或いはヒートスポット燃焼時におけるずれ量Ｍの平均値を示し、図４中の一点鎖線は、正常燃焼時或いはヒートスポット燃焼時におけるずれ量Ｍの最小値を示す。したがって、ステップＳ４０にて算出したずれ量Ｍが一点鎖線に示す値より小さい場合には、ＨＣＣＩ燃焼が発生していると言える。

なお、ずれ量Ｍの最小値は平均値の約半分になることが本発明者らの試験により明らかになっている。図１に示す場合には、点火栓間隔を２０ｍｍとしているため、正常燃焼時或いはヒートスポット燃焼時におけるずれ量Ｍの平均値はクランク角度で４℃Ａ、最小値はその半分の２℃Ａとなっている。よって、ステップＳ５０での判定に用いる閾値ＴＨｍをクランク角度で２℃Ａに設定している。

ＨＣＣＩ燃焼の場合には、気筒内の全体が高温となっているため燃焼エネルギが過大であり、クランク軸等のエンジン部品の損傷が懸念される。よって、ＨＣＣＩ燃焼を回避させるようエンジン制御の内容を早急に変更することを要する。そこで、ステップＳ５０，Ｓ６０においてＨＣＣＩ燃焼であると判定された場合には、続くステップＳ８０（自着火抑制手段）においてＨＣＣＩ燃焼を回避させる制御を実行する。例えば、吸気バルブ１３及び排気バルブ１４が同時に開弁するオーバラップ期間を長くするよう、エンジン制御手段６０によるバルブタイミング調整装置１８の制御内容を変更する。このようにオーバラップ期間を長くすれば、気筒内の圧力が低下されて温度が低下することとなる。よって、気筒内の全体が高温となっている状態を即座に回避できるので、ＨＣＣＩ燃焼を早急に回避させるのに好適である。

ところで、先述したようにノッキングが検出されるまで点火時期を進角させるにあたり、ノッキングが生じる領域まで進角させていないにも拘わらず自着火燃焼が検出される場合があることを本発明者らは見出した。そして、この場合の自着火燃焼はヒートスポット燃焼であり、このヒートスポット燃焼の状態が継続するとノッキングが発生し、ノッキングが発生して気筒が振動すると、その振動により燃焼室１１内の混合気が加熱されて混合気全体が高温となり、その結果、ＨＣＣＩ燃焼が誘発されるということが分かった。

つまり、自着火が検出された場合であっても、ヒートスポット燃焼による自着火の場合には、即座に高温化抑制を図る必要性が低く、このような場合にまで点火時期を遅角補正させたり、ＨＣＣＩ燃焼を回避させるよう制御内容を変更させたりすることは、点火時期を最適点火時期ＭＢＴに近づけることを過剰に抑制させることになる、との知見を本発明者らは得た。

この知見に基づき本実施形態では、イオン電流検出手段としての点火プラグ２０，２０１を１つの気筒に対して２箇所に配設し、両プラグ２０，２０１でのイオン検出時期ｔａ，ｔｂに「ずれ」が生じていればヒートスポット燃焼による自着火と、両検出時期ｔａ，ｔｂが略同一であればＨＣＣＩ燃焼による自着火と判別する。そして、ヒートスポット燃焼と判定された場合には、ステップＳ８０によるＨＣＣＩ燃焼回避制御を実行せず、ＨＣＣＩ燃焼と判定された場合にはじめてＨＣＣＩ燃焼回避制御を実行する。また、ノッキングが検出されれば点火時期を遅角補正するが、ヒートスポット燃焼と判定された場合であってもノッキングが検出されていなければ点火時期の遅角補正を実行しない。

したがって、点火時期を最適点火時期ＭＢＴに近づけることを過剰に抑制させることを回避させて燃費向上を図ることができる。しかもその一方では、ＨＣＣＩ燃焼によるクランク軸等の損傷のおそれを回避できる。

また、本実施形態では、ＨＣＣＩ燃焼回避制御として、吸気バルブ１３及び排気バルブ１４が同時に開弁するオーバラップ期間を長くする制御を採用している。これによれば、気筒内の圧力を即座に低下できるので、気筒内の温度を即座に低下させることができる。よって、気筒内の全体が高温となっている状態を即座に回避できるので、ＨＣＣＩ燃焼による自着火燃焼を即座に回避することができ、好適である。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、以下のように変更して実施してもよい。また、各実施形態の特徴的構成をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。

・上記実施形態では、図３のステップＳ５０において、算出したずれ量Ｍが１回でも閾値ＴＨｍ以下となればＨＣＣＩ燃焼と判定しているが、ずれ量Ｍ≦ＴＨｍと判定される状態が所定回数以上連続して生じたことを条件としてＨＣＣＩ燃焼であると判定してもよい。これによれば、イオン電流検出信号Ｖａ，Ｖｂに重畳されるノイズ等の影響によりずれ量Ｍ≦ＴＨｍと判定された場合に、ＨＣＣＩ燃焼であると誤判定することを抑制できる。

・同様にして、図３のステップＳ３０において自着火燃焼の有無を判定する場合においても、イオン検出時期ｔａが閾値ＴＨｔ５よりも早い時期であると判定される状態が所定回数以上連続して生じたことを条件として自着火燃焼が生じていると判定してもよい。これによれば、イオン電流検出信号Ｖａ，Ｖｂに重畳されるノイズ等の影響で自着火燃焼であると誤判定することを抑制できる。

・図３のステップＳ８０においてＨＣＣＩ燃焼回避制御を実施するにあたり、算出したずれ量Ｍの大きさに応じてＨＣＣＩ燃焼回避制御の制御内容を可変設定してもよい。つまり、ＨＳＳＩ燃焼と判定された場合において、ずれ量Ｍに応じてオーバラップ量や点火進角量を可変設定する。

・上記実施形態では、イオン電流を検出することで燃焼状態を検出している。つまり、燃焼状態を検出する燃焼検出装置として点火プラグ２０，２０１及びイオン電流検出回路４０，４０１を採用している。これに対し、筒内圧センサを用いて筒内圧を検出することで燃焼状態を検出してもよい。

具体的には、１つの気筒に対して２つの筒内圧センサを配置する。そして、筒内圧センサで検出された筒内圧のピーク出現時期が所定の時期より早ければ自着火燃焼が発生していると判定する。そして、両筒内圧センサによる各々の筒内圧のピーク出現時期のずれ量を算出し、そのずれ量が所定値以上であればヒートスポット燃焼と判定し、所定値より小さければＨＣＣＩ燃焼と判定する。

・上記実施形態では、図３のステップＳ５０の燃焼態様判定で用いる閾値ＴＨｍを固定した値に設定しているが、エンジンの運転状態（例えばエンジン回転速度、エンジン負荷、ＥＧＲ率等）に応じて閾値ＴＨｍを可変設定するようにしてもよい。

・図３のステップＳ３０にて自着火燃焼と判定されていないにも拘わらず、ずれ量Ｍ≦ＴＨｍと判定された場合には、イオン電流検出回路４０，４０１等の検出異常であると判定するようにしてもよい。

・図３のステップＳ８０にてＨＣＣＩ燃焼回避制御を実施するにあたり、上記実施形態では、バルブタイミング調整装置１８を制御することでオーバラップ量を変更させているが、バルブリフト量を制御するバルブリフト量制御装置によりオーバラップ量を変更させるようにしてもよい。また、両バルブ１３，１４の開閉タイミングやリフト量を変更させることに替え、燃料噴射量を増量補正して、噴射された液体燃料が気化する時の気化潜熱により気筒内温度を低下させることで、ＨＣＣＩ燃焼の回避を図るようにしてもよい。

本発明の一実施形態における燃焼異常状態判別装置が搭載された、エンジン制御装置の概要を示す構成図。 自着火燃焼時における、センタプラグによるイオン検出時期ｔａと、サイドプラグによるイオン検出時期ｔｂとのずれ量Ｍを説明するタイムチャート。 自着火燃焼の発生有無判定、及び燃焼態様の判別を実行する手順を示すフローチャート。 イオン検出時期ずれ量Ｍと点火栓間隔との関係を示す試験結果。

符号の説明

１０…エンジン（内燃機関）、１８…バルブタイミング調整装置、２０…センタプラグ（イオン電流検出手段（燃焼検出装置））、２０１…サイドプラグ（イオン電流検出手段（燃焼検出装置））、４０，４０１…イオン電流検出回路（イオン電流検出手段（燃焼検出装置））、５０…ＥＣＵ（燃焼異常状態判別装置）、Ｓ３０…自着火検出手段、Ｓ５０，Ｓ６０，Ｓ７０…異常状態判別手段、Ｓ８０…自着火抑制手段。

Claims (6)

1. 点火プラグの火花で着火させる火花点火式内燃機関に適用された燃焼異常状態判別装置であって、
   前記内燃機関を構成する１つの気筒の複数箇所に配置され、実際の着火時期と相関のある物理量を検出する燃焼検出装置と、
   前記複数の燃焼検出装置による各々の検出結果のうち少なくとも１つの検出結果に基づき、前記点火プラグにより火花着火する場合よりも早いタイミングで圧縮自着火して燃焼する自着火燃焼の発生を検出する自着火検出手段と、
   前記自着火検出手段により自着火燃焼を検出した場合において、前記複数の燃焼検出装置による各々の検出結果が示す着火時期が略同一である場合には前記気筒内の全体が高温となっている重度異常状態と判定し、前記各々の検出結果が示す着火時期が略同一でない場合には前記気筒内の一部分が高温となっている軽度異常状態と判定する異常状態判別手段と、
   を備えることを特徴とする燃焼異常状態判別装置。
2. 前記自着火燃焼を抑制するよう前記内燃機関の制御内容を変更する自着火抑制手段を備え、
   前記異常状態判別手段により前記重度異常状態であると判定された場合には、前記自着火抑制手段による前記変更を実行し、
   前記軽度異常状態であると判定された場合には、前記重度異常状態時に比べて前記変更の度合いを小さくする又は前記変更を禁止することを特徴とする請求項１に記載の燃焼異常状態判別装置。
3. 前記内燃機関には、前記気筒に取り付けられた吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方の開弁期間を変更するバルブタイミング調整装置が搭載されており、
   前記自着火抑制手段は、前記両バルブが同時に開弁するオーバラップ期間を長くするよう前記制御内容を変更することを特徴とする請求項２に記載の燃焼異常状態判別装置。
4. 前記複数の燃焼検出装置による各々の検出結果が示す着火時期のずれ量のうち、前記火花着火により燃焼している場合のずれ量の平均値を正常ずれ量とし、
   前記異常状態判別手段は、検出した前記ずれ量が前記正常ずれ量の半分以下である場合に、前記略同一であるとして前記重度異常状態と判定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の燃焼異常状態判別装置。
5. 前記正常ずれ量をクランク角度で約４℃Ａに設定したことを特徴とする請求項４に記載の燃焼異常状態判別装置。
6. 前記燃焼検出装置は、前記気筒内での燃焼発生に伴い前記点火プラグの中心電極及び接地電極間に流れるイオン電流を検出するイオン電流検出手段であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の燃焼異常状態判別装置。

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