特許 6055608 エンジン制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6055608

(24)【登録日】2016年12月9日

(45)【発行日】2016年12月27日

(54)【発明の名称】エンジン制御装置

(51)【国際特許分類】

   F02D 45/00 20060101AFI20161219BHJP

   F02D 13/02 20060101ALI20161219BHJP

   F02P 17/12 20060101ALI20161219BHJP

【ＦＩ】

   F02D45/00 368C

   F02D45/00 368Z

   F02D13/02 J

   F02P17/00 E

【請求項の数】8

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2012-100537(P2012-100537)

(22)【出願日】2012年4月26日

(65)【公開番号】特開2013-227921(P2013-227921A)

(43)【公開日】2013年11月7日

【審査請求日】2015年1月23日

(73)【特許権者】

【識別番号】509186579

【氏名又は名称】日立オートモティブシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100100310

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 学

(74)【代理人】

【識別番号】100098660

【弁理士】

【氏名又は名称】戸田 裕二

(74)【代理人】

【識別番号】100091720

【弁理士】

【氏名又は名称】岩崎 重美

(72)【発明者】

【氏名】熊野 賢吾

(72)【発明者】

【氏名】赤城 好彦

(72)【発明者】

【氏名】白石 拓也

(72)【発明者】

【氏名】緒方 健一郎

【審査官】 戸田 耕太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−１０３２１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１０１５９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−３２３１９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−０３４２４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１６１８４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−８５０８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−６５５６９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｄ ４５／００

Ｆ０２Ｄ １３／０２

Ｆ０２Ｐ １７／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃焼時に発生するイオンを検知するためのイオン信号検出手段を備え、前記検出手段により検出されたイオン信号によりノックもしくは失火を判定する異常燃焼判定手段を備えたエンジン制御装置において、
エンジンの現在の運転条件における正常燃焼サイクルの筒内温度を推定する筒内温度推定手段と、
前記エンジン制御に関するパラメータの変化量、または前記パラメータの変化発生からの時間経過の少なくとも一つに基づいて、エンジン運転状態が定常運転状態であるかを判定する定常運転判定手段と、を備え、
前記定常運転判定手段により定常運転状態でないと判定された場合に、推定した筒内温度が高いほど、イオン信号のノック判定しきい値もしくは失火判定しきい値を高く設定すること、を特徴とするエンジン制御装置。

【請求項2】

前記筒内温度推定手段により推定された筒内温度に基づき、正常燃焼サイクルのイオン信号値を演算する正常燃焼時イオン信号演算手段を備え、演算された前記正常燃焼時イオン信号値に基づいて、前記イオン信号のノック判定しきい値もしくは失火判定しきい値を設定すること、を特徴とする請求項１に記載のエンジン制御装置。

【請求項3】

前記筒内温度推定手段は、前記筒内温度として正常燃焼サイクルにおける筒内最高温度を推定すること、を特徴とする請求項１および２に記載のエンジン制御装置。

【請求項4】

前記異常燃焼判定手段は、燃焼サイクル中の所定期間のイオン信号の積分値、もしくは所定期間内のイオン信号のピーク値に基づいて、ノックもしくは失火を判定すること、を特徴とする請求項１に記載のエンジン制御装置。

【請求項5】

前記異常燃焼判定手段により、ノックであると判定された場合に、前記エンジンの点火時期および吸気弁の閉弁時期のうち、少なくとも１つを遅角すること、を特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。

【請求項6】

前記異常燃焼判定手段により、失火であると判定された場合に、前記エンジンの点火時期および吸気弁の閉弁時期のうち、少なくとも１つを進角すること、を特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。

【請求項7】

前記定常運転判定手段により定常運転であると判定された時に、現サイクル以前に前記イオン信号検出手段により検出された所定数のサイクルのイオン信号の平均値に基づいて、ノック判定しきい値もしくは失火判定しきい値を設定すること、を特徴とする請求項６に記載のエンジン制御装置。

【請求項8】

前記パラメータは、アクセル開度、吸気管圧力、吸気弁閉時期のうち少なくとも一つである事を特徴とする請求項１記載のエンジン制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エンジンの制御装置、特にイオン信号を用いた異常燃焼検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、自動車の燃費向上のためエンジンの燃焼効率を改善する試みがされている。その
改善技術の１つが高圧縮比化である。圧縮比を高くすることで内燃機関の熱効率が向上す
ることは理論的に証明されている。ガソリンエンジンでは１０前後、ディーゼルエンジン
では１８前後に設定されていることから、ディーゼルエンジンの方が熱効率が高い。ガソ
リンエンジンでは、圧縮比の増加に伴ってノックと言われる異常燃焼が発生し易くなるた
め、高圧縮比化にも限界がある。

【0003】

そのノックを抑制する技術として、排気ガスを吸気側に還流し（以下、ＥＧＲガス）、
燃焼室に再導入して燃焼させる手法が提案されている。これはＥＧＲガス中に含まれるＣ
Ｏ₂やＮ₂などの不活性成分を多く取り込むことで、燃焼に寄与しない作動ガス量を多くす
ることになり、その結果、燃焼反応が緩慢になり、燃焼速度を低減することを狙っている
。高圧縮比のエンジンにおいてもノックの発生を抑制することができ、圧縮比１４前後ま
で高めることができる。また、この手法は高過給エンジンにも適用できる。

【0004】

一方、このＥＧＲガスを再導入して燃焼させる手法は、ＥＧＲガスが規定量以上入りす
ぎると、着火性の悪化、燃焼速度の低下などにより、失火や未燃焼などの燃焼不具合を発
生させ、燃焼バラツキが大きくなることが報告されている。

【0005】

従って、ＥＧＲガスを利用して、エンジンの高圧縮比化をするには、異常燃焼であるノ
ックの検知、および燃焼バラツキ要因となる失火の検知が必要である。ノックや失火とい
った異常燃焼を検出するための手段の１つとして燃焼時に生成するイオンをイオン信号と
して検出する方法が有効である。イオン信号は、エンジン運転条件（エンジントルクやエ
ンジン回転数など）によってその値が著しく変化するため、運転条件によって異常燃焼と
判定するためのイオン信号値（判定しきい値）を変化させる必要がある。そのため、過去
の数サイクル分のイオン信号の平均値をバックグラウンドレベルとし、そのバックグラウ
ンドレベルに基づいて判定しきい値を演算する方法がとられるが、エンジンの負荷や回転
数が変化した場合、判定しきい値の変化に一定の遅れが生じてしまうという課題がある。

【0006】

特許文献１に記載の技術として、エンジン負荷と回転数を軸としたエンジン運転マップ
上に正常燃焼時におけるイオン電流値（バックグラウンド）を記憶させ、その値に基づい
てノック判定しきい値を設定するとともに、学習により判定しきい値を運転領域毎に補正
、更新するという手法が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０００−１３０２４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、例えばドライバがアクセルを強く踏み込むなど、急激にトルクが変化す
るような状況においては、エンジン負荷と回転数を軸とした定常運転条件から、過渡的に
逸脱した筒内状態（ガス組成や温度）になる場合がある。特に、上述のように大量のＥＧ
Ｒガスを導入するシステムにおいては、トルク変化に伴いＥＧＲ率の制御目標値が急激に
変化した場合、目標値に対してＥＧＲ率の実際値がオーバーシュートもしくはアンダーシ
ュートしてしまう現象が発生し、その結果、定常条件では起こり得ない筒内状態（ガス組
成およびガス温度）になり得る。そのような場合に、エンジン負荷と回転数を軸とした定
常条件マップに基づいて設定された異常燃焼判定しきい値を用いると、正常燃焼を異常燃
焼（ノック、失火）と誤判定してしまう、もしくは異常燃焼（ノック、失火）を正常燃焼
と誤判定してしまうという問題が生じる。

【0009】

上記のような問題点に鑑み、本発明の目的は、筒内の状態が急激に変化する過渡条件な
どを含み、いかなる運転条件においても、正確にノックや失火を判定することができるエ
ンジン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】

【0010】

上記目的を達成するために、本発明のエンジン制御装置は、例えば特許請求の範囲記載のように、燃焼時に発生するイオンを検知するためのイオン信号検出手段を備え、前記検出手段により検出されたイオン信号によりノックもしくは失火を判定する異常燃焼判定手段を備えたエンジン制御装置において、エンジンの現在の運転条件における正常燃焼サイクルの筒内温度を推定する筒内温度推定手段と、前記エンジン制御に関するパラメータの変化量、または前記パラメータの変化発生からの時間経過の少なくとも一つに基づいて、エンジン運転状態が定常運転状態であるかを判定する定常運転判定手段と、を備え、前記定常運転判定手段により定常運転状態でないと判定された場合に、推定した筒内温度が高いほど、イオン信号のノック判定しきい値もしくは失火判定しきい値を高く設定する。

【0011】

かかる構成により、イオン信号値に相関のある筒内温度情報をサイクル毎に推定し、そ
の温度情報に基づいて判定しきい値を設定することで、いかなる運転条件においても誤判
定を抑制し、異常燃焼の検知精度を向上することが可能となる。

【0012】

また、本発明のエンジン制御装置の他の態様としては、前記筒内温度推定手段は、前記
エンジンの吸気管の内部の圧力と、前記エンジンの吸気および排気を制御する吸気弁およ
び排気弁の開閉時期と、前記エンジンの燃焼室内に供給する空気と燃料の質量比である空
燃比と、前記エンジンの点火時期を制御するための点火信号と、のうち少なくとも１つを
用いて筒内温度を推定すること、を特徴としている。

【0013】

かかる構成により、筒内温度推定の際に、吸排気弁や空燃比、点火時期といった筒内温
度に直接影響するエンジン制御パラメータ値を考慮することで、より正確な筒内温度推定
が可能となる。

【0014】

更にまた、本発明のエンジン制御装置の他の態様としては、前記異常燃焼判定手段は、
燃焼サイクル中の所定期間のイオン信号の積分値、もしくは所定期間内のイオン信号のピ
ーク値に基づいて、ノックもしくは失火を判定すること、を特徴としている。

【0015】

かかる構成により、イオン信号に同一の処理を施すことでノックおよび失火双方を判定
できるため、ＥＣＵの演算負荷を低減することが可能となる。

【0016】

更にまた、本発明のエンジン制御装置の他の態様としては、前記異常燃焼判定手段によ
り、ノックまたは失火であると判定された場合に、前記エンジンの点火時期および吸気弁
の閉弁時期のうち、少なくとも１つを変更すること、を特徴としている。

【0017】

かかる構成により、異常燃焼と判定された直後に、異常燃焼を抑制する方向にエンジン
パラメータを制御することが可能となり、異常燃焼の発生を最小限に留めることが可能と
なる。

【0018】

更にまた、本発明のエンジン制御装置の他の態様としては、現在のエンジン運転状態が
定常運転状態であるかを判定する定常運転判定手段をさらに備え、前記定常運転判定手段
により定常運転でないと判定された場合に、前記筒内温度情報に基づいてイオン信号のノ
ック判定しきい値もしくは失火判定しきい値を設定すること、を特徴としている。

【0019】

かかる構成により、定常条件でないと判断された条件、つまり筒内ガスの挙動が著しく
変化している過渡条件でのみ、推定した筒内温度情報に基づく異常燃焼判定を実施するた
め、筒内温度推定に伴うＥＣＵの演算負荷増大を最小限に抑えることが可能となる。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、筒内の状態が急激に変化する過渡条件においても、推定した筒内温度
情報に基づいてイオン電流の異常燃焼判定しきい値を設定することで、ノックや失火を高
精度に判定することができ、異常燃焼を最小限に抑えることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の第１の実施形態によるエンジンの制御装置のシステム構成図。

【図2】本発明の第１の実施形態によるエンジンの制御装置の点火システム構成図。

【図3】本発明の第１の実施形態によるエンジンの制御装置の点火信号とイオン信号の代表例。

【図4】本発明の第１の実施形態によるエンジンの制御装置の異常燃焼判定手法の失火検出原理の説明図。

【図5】本発明の第１の実施形態によるエンジンの制御装置の異常燃焼判定手法のノック検出原理の説明図。

【図6】本発明の第１の実施形態によるエンジンの制御装置のイオン信号の積分値と筒内の最高温度との関係。

【図7】本発明の第１の実施形態によるエンジンの制御装置の構成を示すシステムブロック図。

【図8】本発明の第１の実施形態によるエンジンの制御装置のＥＣＵ内で実施される異常燃焼判定および回避制御ロジックの概要図。

【図9】本発明の第１の実施形態によるエンジンの制御装置のイオン信号による異常燃焼判定および回避制御内容を示すフローチャート。

【図10】本発明の第１の実施形態によるエンジンの制御装置のイオン信号による異常燃焼判定のタイムチャート。

【図11】本発明の第２の実施形態によるエンジンの制御装置のシステム構成図。

【図12】本発明の第２の実施形態によるエンジンの制御装置の点火信号とイオン信号の代表例。

【図13】本発明の第２の実施形態によるエンジンの制御装置の構成を示すシステムブロック図。

【図14】本発明の第２の実施形態によるエンジンの制御装置のＥＣＵ内で実施される異常燃焼判定および回避制御ロジックの概要図。

【図15】本発明の第２の実施形態によるエンジンの制御装置のイオン信号による異常燃焼判定および回避制御内容を示すフローチャート。

【図16】本発明の第２の実施形態によるエンジンの制御装置のイオン信号による異常燃焼判定のタイムチャート。

【図17】本発明の第３の実施形態によるエンジンの制御装置のＥＣＵ内で実施される異常燃焼判定および回避制御ロジックの概要図。

【図18】本発明の第３の実施形態によるエンジンの制御装置のイオン信号による異常燃焼判定および回避制御内容を示すフローチャート。

【図19】本発明の第３の実施形態によるエンジンの制御装置のイオン信号による異常燃焼判定のタイムチャート。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、図１〜図１０を用いて、本発明の第１の実施形態によるエンジンの制御装置の構
成及び動作について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態によるエンジンの制御装置を自動車用筒内噴射式ガソ
リンエンジンに適用させたシステムの構成を示すシステム構成図である。

【0023】

エンジン１００は、火花点火式燃焼を実施する自動車用の４気筒ガソリンエンジンであ
る。吸入空気量を計測するエアフローセンサ１と、吸気管圧力を調整する電子制御スロッ
トル２と、吸入空気温度検出器の一態様であって吸入空気の温度を計測する吸気温度セン
サ１５が、さらに、吸気管内の圧力を計測する吸気圧センサ２１が吸気管６の各々の適宜
位置に備えられている。また、エンジン１００には、各気筒の燃焼室１２の中に燃料を噴
射する燃料噴射装置（以下、インジェクタ３）と、点火エネルギーを供給する点火システ
ム４が気筒ごとに備えられ、エンジンの冷却水の温度を計測する冷却水温度センサ１４が
シリンダヘッド７の適宜位置に備えられている。また、筒内に流入する吸入ガスを調整す
る吸気バルブ可変装置５ａと筒内から排出される排気ガスを調整する排気バルブ可変装置
５ｂとから構成される可変バルブ５と、がシリンダヘッド７の各々の適宜位置に備えられ
ている。可変バルブ５を調整することにより、１番から４番まで全気筒の吸気量およびＥ
ＧＲ量を調整する。また、インジェクタ３に高圧燃料を供給するための高圧燃料ポンプ１
７が燃料配管によってインジェクタ３と接続されている。燃料配管中には、燃料噴射圧力
を計測するための燃料圧力センサ１８が備えられている。

【0024】

さらに、排気を浄化する三元触媒１０と、空燃比検出器の一態様であって、三元触媒１
０の上流側にて排気の空燃比を検出する空燃比センサ９と、排気温度検出器の一態様あっ
て、三元触媒１０の上流側にて排気の温度を計測する排気温度センサ１１とが排気管８の
各々の適宜位置に備えられる。また、クランク軸には、回転角度を算出するためのクラン
ク角センサ１３が備えられている。

【0025】

エアフローセンサ１と空燃比センサ９と冷却水温度センサ１４と吸気温度センサ１５と
排気温度センサ１１とクランク角センサ１３と燃料圧力センサ１８と吸気圧センサ２１と
点火システム（イオン信号検出回路）４と可変バルブ５（位相角センサ）から得られる信
号は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２０に送られる。また、アクセル開度セ
ンサ１６から得られる信号がＥＣＵ２０に送られる。アクセル開度センサ１６は、アクセ
ルペダルの踏み込み量、すなわち、アクセル開度を検出する。ＥＣＵ２０は、アクセル開
度センサ１６の出力信号に基づいて、要求トルクを演算する。すなわち、アクセル開度セ
ンサ１６は、エンジンへの要求トルクを検出する要求トルク検出センサとして用いられる
。また、ＥＣＵ２０は、クランク角センサ１３の出力信号に基づいて、エンジンの回転速
度を演算する。ＥＣＵ２０は、上記各種センサの出力から得られるエンジンの運転状態に
基づき、空気流量、燃料噴射量、点火時期、燃料圧力等のエンジンの主要な作動量を最適
に演算する。

【0026】

ＥＣＵ２０で演算された燃料噴射量は開弁パルス信号に変換され、インジェクタ３に送
られる。また、ＥＣＵ２０で演算された点火時期で点火されるように、点火信号４ｈが点
火システム４に送られる。また、ＥＣＵ２０で演算されたスロットル開度は、スロットル
駆動信号として電子制御スロットル２に送られる。また、ＥＣＵ２０で演算された可変バ
ルブの作動量は、可変バルブ駆動信号として、可変バルブ５へ送られる。また、ＥＣＵ２
０で演算された燃料圧力は、高圧燃料ポンプ駆動信号として、高圧燃料ポンプ１７へ送ら
れる。

【0027】

吸気管６から吸気バルブを経て燃焼室１２内に流入した空気に対し、燃料が噴射され、
混合気を形成する。混合気は所定の点火時期で点火プラグ４ａから発生される火花により
爆発し、その燃焼圧によりピストンを押し下げてエンジンの駆動力となる。更に、爆発後
の排気ガスは排気管８を経て、三元触媒１０に送りこまれ、排気成分は三元触媒１０内で
浄化され、外部へと排出される。

【0028】

図２は、本発明の第１の実施形態によるエンジンの制御装置の点火システム４の構成を
示した図である。ＥＣＵ２０からの点火信号が入力されるとイグナイタ４ｉを介して、一
次点火コイル４ｃに電流が流れる。点火信号がＯＦＦになり一次側の電流が止まると、二
次点火コイル４ｂに起電力が発生し、点火プラグ４ａの先端に高電圧がかかり、火花放電
が生じる。火花放電時は図の矢印Ｉの方向に電流が流れる。二次点火コイル４ｂの電圧が
減少し、ツェナーダイオード４ｅの降伏電圧（例えば１００Ｖ）よりも低くなると、電流
はキャパシタ４ｄに流れ込み、キャパシタ４ｄに電荷がチャージされる。

【0029】

火花放電により点火プラグ間ギャップに火炎核が生まれ、その後燃焼室内に火炎が伝播
していく。火炎帯には燃焼過程の中間生成物として、ケミカルイオンやサーマルイオンと
いったイオンが存在している。この時、点火プラグ４ａには、火花放電時にチャージした
キャパシタ４ｄによって電圧（この場合は１００Ｖ）がかかっており、その電圧により燃
焼室内の陽イオン（および電子）を捕捉することによって回路内にイオン電流が流れる（
図中のIIの方向）。このイオン電流は電圧変換用抵抗４ｆによって電圧変換された後、イ
オン信号４ｇとしてＥＣＵ２０に送られる。

【0030】

図３は、本発明の第１の実施形態によるエンジンの制御装置における、点火信号とイオ
ン信号の代表例を示した図である。イオン信号に関しては、正常燃焼時、ノック時、失火
時の例を示している。イオン信号には３つの山が出る特徴がある。１つ目の山４ｇ−１は
イオン信号検出回路が点火システム４に内蔵されている場合に見られる波形で、時刻ｔ１
で点火信号４ｈが入力された際にイオン信号検出部に電流が流れイオン信号として出力さ
れる。実際には燃焼室内には燃焼火炎は存在しないタイミングなので、これはノイズとし
て処理する。２つ目の山４ｇ−２は、充電時間Δｔａ後に時刻ｔ２で点火信号４ｈが遮断
され点火プラグ４ａのギャップ間に火花が飛んだ後に見られる波形で、ギャップ間に火花
が飛んでいる間はイオン信号を検出できないものの、その後、燃焼初期火炎中のイオン成
分を検出している。３つ目の山４ｇ−３は、燃焼火炎が燃焼室全体に燃え広がる過程で検
出される波形で、燃焼室内の圧力波形ともよく一致し、主燃焼部分の火炎中のイオン成分
を検出している。

【0031】

ノックや失火といった異常燃焼発生時は、主に３つ目の山に変化が現れる。ノック時に
おいては、ノック発生に伴い燃焼室内の圧力／温度が上昇することから３山目の信号が大
きくなり、そこにノック周波数を持つ振動成分が乗っている。失火時においては、火炎中
のイオン成分が生成しないため、３山目の信号が著しく低下する。以上の特性を考慮して
、本実施例においては３山目の信号の積分値を異常燃焼判定用に利用する。具体的には、
時刻ｔ２で点火信号４ｈが遮断され、遮断後Δｔｂ経過後の時刻ｔ３から、Δｔｃ経過後
の時刻ｔ４までの間のイオン信号４ｇを積分する。これをＳ（ｉ）とする。

【0032】

図４は、本発明の第１の実施形態によるエンジンの制御装置における、異常燃焼判定手
法の失火検出原理の説明図である。グラフの横軸は図示平均有効圧つまりエンジントルク
に相当する値を表しており、縦軸はイオン信号積分値である。燃焼状態が安定している時
は図中の正常燃焼範囲内に収まっている。そのような状態において不完全燃焼や失火が発
生すると、燃焼火炎が存在しないことからイオン信号積分値Ｓ（ｉ）は小さくなり、設定
した失火判定しきい値以下になった場合に失火と判定できる。図中黒塗りのプロットは失
火と判定する条件である。前述のように、エンジン回転数などの運転条件によって正常燃
焼時のイオン信号は変化するため、運転条件によって失火判定しきい値も変化させる必要
がある。

【0033】

図５は、本発明の第１の実施形態によるエンジンの制御装置における、異常燃焼判定手
法のノック検出原理の説明図である。グラフの横軸はノック強度、例えばノックセンサの
出力信号からノック周波数成分の振動強度を演算した値であり、縦軸はイオン信号積分値
である。左に行くほどノック強度が大きい状態であり、最左部はヘビーノックの状態であ
る。ノックが発生していない時は図中の正常燃焼範囲内に収まっている。ノックが発生す
ると、燃焼室内の圧力／温度が上昇して、イオン信号積分値Ｓ（ｉ）は大きくなる。設定
したノック判定しきい値以上になった場合にノックと判定できる。図中黒塗りのプロット
はノックと判定する条件である。前述のように、エンジン回転数などの運転条件によって
正常燃焼時のイオン信号は変化するため、運転条件によってノック判定しきい値も変化さ
せる必要がある。

【0034】

図６は、イオン信号の積分値と、筒内の最高温度との関係を示した図である。エンジン
負荷やエンジン回転数、空燃比、ＥＧＲ率など、様々なパラメータを変化させて取得した
結果をプロットしている。この図から、イオン信号は筒内最高温度と強い相関があり、筒
内最高温度が高いほどイオン信号が大きくなることがわかる。例えば、エンジン負荷が大
きい条件では筒内最高温度が上昇するため、イオン信号積分値も増加する。また、ＥＧＲ
率が大きい条件では筒内ガスの熱容量が増加するため筒内最高温度が低下してイオン信号
積分値は低下する。図４、図５に示した失火およびノックの検出原理も、この筒内最高温
度とイオン信号との関係を利用したものである。前述のように、イオン信号から異常燃焼
を判定する際は、その時の運転状態に応じて適切な判定しきい値を設定する必要がある。
そこで、本実施例におけるエンジン制御装置は、対象サイクルの正常燃焼時の筒内最高温
度を予測し、図６の関係を用いて正常燃焼時のイオン信号を算出する。その後、正常燃焼
時のイオン信号から異常燃焼の判定しきい値を算出する。例えば、正常燃焼時の信号を定
数倍したものを異常燃焼判定しきい値とする。

【0035】

図７は、本発明の第１の実施形態によるエンジンの制御装置の構成を示すシステムブロ
ック図である。エアフローセンサ１、イオン信号４ｇ、空燃比センサ９、排気温度センサ
１１、クランク角センサ１３、冷却水温度センサ１４、吸気温度センサ１５、アクセル開
度センサ１６、燃料圧力センサ１８、吸気圧センサ２１、の出力信号は、ＥＣＵ２０の入
力回路２０ａに入力する。但し、入力信号はこれらだけに限られない。入力された各セン
サの入力信号は入出力ポート２０ｂ内の入力ポートに送られる。入出力ポート２０ｂに送
られた値は、ＲＡＭ２０ｃに保管され、ＣＰＵ２０ｅで演算処理される。演算処理内容を
記述した制御プログラムは、ＲＯＭ２０ｄに予め書き込まれている。

【0036】

制御プログラムに従って演算された各アクチュエータの作動量を示す値は、ＲＡＭ２０
ｃに保管された後、入出力ポート２０ｂ内の出力ポートに送られ、各駆動回路を経て各ア
クチュエータに送られる。本実施形態の場合は、駆動回路として、電子制御スロットル駆
動回路２０ｆ、インジェクタ駆動回路２０ｇ、点火出力回路２０ｈ、可変バルブ駆動回路
２０ｊ、高圧燃料ポンプ駆動回路２０ｋがある。各回路は、それぞれ、電子制御スロット
ル２、インジェクタ３、点火システム４、可変バルブ５、高圧燃料ポンプ１７を制御する
。本実施形態においては、ＥＣＵ２０内に上記駆動回路を備えた装置であるが、これに限
るものではなく、上記駆動回路のいずれかをＥＣＵ２０内に備えるものであってもよい。

【0037】

ＥＣＵ２０は、入力信号に基づいて異常燃焼を判定し、異常燃焼であると判定された場
合に、点火時期および可変バルブを制御する。

【0038】

図８は、本発明の第１の実施形態によるエンジンの制御装置のＥＣＵ２０内で実施され
る異常燃焼判定および回避制御ロジックの概要を示す図である。イオン信号処理部、ノッ
ク／失火判定部、ノック／失火回避制御部から構成される。イオン信号４ｇはイオン信号
処理部に入力され、図３で示したように予め定められた区間の積分処理が実行される。ノ
ック／失火判定部には、イオン信号の積分値の他、可変バルブ５から現在のバルブ位相（
特に吸気弁閉時期、排気弁閉時期）、空燃比、吸気管圧力、点火信号（点火時期）が入力
される。ここで、吸気弁閉時期、排気弁閉時期、空燃比、吸気管圧力、点火時期を基に、
正常燃焼時における最高筒内温度（発明の詳細な説明で上述、または特許請求の範囲、図面記載の筒内最高温度と同じ）を推定する。具体的には、排気弁閉時期および吸気管圧
力から、筒内空気量および内部ＥＧＲ量を求める。吸気弁閉時期から求めた有効圧縮比と
、筒内空気量および内部ＥＧＲ量とから、圧縮膨張行程における空気サイクルの筒内温度
履歴が求められる。この空気サイクルの筒内温度履歴と、空燃比から求められる燃焼時の
発生熱量と、点火時期から推定可能な燃焼終了時期と、に基づいて、正常燃焼時における
最高筒内温度を推定することができる。推定された正常燃焼時の最高筒内温度から、図６
の関係を用いて正常燃焼時のイオン信号積分値を演算し、それに定数を乗じることによっ
てノックおよび失火の判定しきい値を算出する。ノックおよび失火の判定しきい値と、入
力されたイオン積分値を比較することで、ノックおよび失火を判定する。ノックと判定さ
れればノック判定フラグＦkを１に、失火と判定されれば失火判定フラグＦmを１にセットし、ノック／失火回避制御部へ出力する。

【0039】

ノック／失火回避制御部には、ノック判定フラグＦ_k、失火判定フラグＦ_mが入力され、
Ｆ_k＝１であれば、ノック回避のために点火時期を遅角、吸気弁閉時期を遅角（有効圧縮
比を低下）するべく、点火出力回路２０ｈおよび可変バルブ駆動回路２０ｊに指令値を与
える。また、Ｆ_m＝１であれば、失火回避のために点火時期を進角、吸気弁閉時期を進角
（有効圧縮比を上昇）するべく、点火出力回路２０ｈおよび可変バルブ駆動回路２０ｊに
指令値を与える。

【0040】

図９は、本発明の第１の実施形態によるエンジンの制御装置におけるイオン信号による
異常燃焼判定および回避制御内容を示すフローチャートである。図９に示す制御内容は、
ＥＣＵ２０によって、所定の周期で繰り返し実行される。

【0041】

ステップＳ９０１において、ＥＣＵ２０は、イオン信号４ｇを読み込む。次に、ステッ
プＳ９０２において、イオン信号を積分する期間を設定する。基本的には点火時期から一
定時間（例えば２ms）の経過後から、燃焼が終了する時期（例えば９０deg.ＡＴＤＣ）ま
でを積分期間に設定する。この積分期間は運転条件ごとにマップとして予め記憶されてい
る。次に、ステップＳ９０３に進み、イオン信号積分値Ｓ（ｉ）を算出する。記号ｉはｉ
番目サイクルを意味する。次に、ステップＳ９０４に進み、吸気管圧Ｐ_in、空燃比Ａ／Ｆ
、吸気弁閉時期θ_IVC、排気弁閉時期θ_EVC、点火時期θ_spk、を読み込む。次に、ステッ
プＳ９０５にて、読み込んだパラメータから、正常燃焼時最高筒内温度Ｔ_maxを算出する
。具体的には、まず排気弁閉時期および吸気管圧力から、筒内空気量および内部ＥＧＲ量
を求める。吸気弁閉時期から求めた有効圧縮比と、筒内空気量および内部ＥＧＲ量とから
、圧縮膨張行程における空気サイクルの筒内温度履歴が求められる。この空気サイクルの
筒内温度履歴と、空燃比から求められる燃焼時の発生熱量と、点火時期から推定可能な燃
焼終了時期と、に基づいて、正常燃焼時における最高筒内温度Ｔ_maxを算出する。次に、
ステップＳ９０６にて、正常燃焼時の最高筒内温度Ｔ_maxから正常燃焼時イオン信号積分
値Ｓ_b（ｉ）を演算する。具体的には、図６に示した最高筒内温度とイオン信号との関係
を定式（近似式）化したものを予めＥＣＵ２０に記憶させておき、その式を用いて演算す
る。

【0042】

次に、ステップＳ９０７にて、正常燃焼時イオン信号積分値Ｓ_b（ｉ）からノック判定
しきい値Ｓ_k（ｉ）および失火判定しきい値Ｓ_m（ｉ）を演算する。例えば、正常燃焼時イ
オン信号積分値Ｓ_b（ｉ）に定数Ａを乗じたものを、ノック判定しきい値Ｓ_k（ｉ）、正常
燃焼時イオン信号積分値Ｓ_b（ｉ）に定数Ｂを乗じたものを、失火判定しきい値Ｓ_m（ｉ）
とする。ここで、Ａは１.２〜２.０、Ｂは０.１〜０.５程度に設定される。

【0043】

次に、ステップＳ９０８にて、イオン信号積分値Ｓ（ｉ）とノック判定しきい値Ｓ_k（
ｉ）を比較することで、ノックか否かを判定する。Ｓ（ｉ）＞Ｓ_k（ｉ）である場合は、
ノックであると判定し、ステップＳ９０９に進む。Ｓ（ｉ）≦Ｓ_k（ｉ）である場合は、
ノックでないと判定し、ステップＳ９１１に進む。ステップＳ９０９では、ノックを回避
するために点火時期の遅角制御を実施し、さらにステップＳ９１０で、ノックを回避する
ために吸気弁閉時期の遅角制御（有効圧縮比の低下）を実施して、一連の制御を終了する
。ステップＳ９０８でノックでないと判定された場合は、ステップＳ９１１に進み、イオ
ン信号積分値Ｓ（ｉ）と失火判定しきい値Ｓ_m（ｉ）を比較することで、失火か否かを判
定する。Ｓ（ｉ）≧Ｓ_m（ｉ）である場合は、失火でないと判定し、一連の制御を終了す
る。Ｓ（ｉ）＜Ｓ_m（ｉ）である場合は、失火であると判定し、ステップＳ９１２に進む
。ステップＳ９１２では、失火を回避するために点火時期の進角制御を実施し、さらにス
テップＳ９１３で、失火を回避するために吸気弁閉時期の進角制御（有効圧縮比の上昇）
を実施して、一連の制御を終了する。

【0044】

図１０は、本発明の第１の実施形態によるエンジンの制御装置による、イオン信号によ
る異常燃焼判定のタイムチャートを示している。図中上から、アクセル開度α、吸気管圧
力Ｐ_in、空燃比Ａ／Ｆ、吸気弁閉弁時期θ_ivc、正常燃焼時の最高筒内温度（推定値）Ｔ_m
ax、イオン信号積分値Ｓの時間変化を示している。イオン信号積分値Ｓのチャートには、
正常燃焼時イオン信号積分値Ｓ_b、ノック判定しきい値Ｓ_k、失火判定しきい値Ｓ_m、を併
記している。この例ではノックや失火などが発生していない状況を想定している。時刻ｔ
_s以前は、アクセル開度一定の運転がなされており、エンジンの運転状態（吸気管圧力、
空燃比など）および推定される正常燃焼時最高筒内温度は安定している。時刻ｔ_sにて、
ドライバによりアクセルが踏み込まれると、それを受けてまずスロットルが開かれ、吸気
管圧力が上昇を始める。吸気管圧力はアクセル開度から一定の時間遅れを持って上昇する
。筒内の空気量に合わせて所望の空燃比（例えば量論比）となるよう燃料噴射量を制御す
るが、筒内の空気量が変化している際には、図示したように空燃比が一時的にリッチ化し
てしまう場合もある。また、吸気弁開時期は可変動弁によって制御されており、可変動弁
の径時変化などにより制御性が変化し、図示したように制御目標値に対してオーバーシュ
ートしてしまう場合が有る。結果として、時刻ｔ_sから時刻ｔ_eに至るまでエンジン筒内は
過渡的な状態となる。本実施例では、これら過渡的に変化するパラメータから各サイクル
における正常燃焼時の最高筒内温度を算出している。従って、吸気管圧力上昇（空気量増
加）に伴う筒内温度の上昇や、空燃比のリッチ化に伴う筒内温度低下、吸気弁開時期のオ
ーバーシュートに伴う温度上昇を全て反映できる。

【0045】

正常燃焼時の最高筒内温度Ｔ_maxから正常燃焼時イオン信号積分値Ｓ_bを算出し、その後
ノック／失火判定しきい値Ｓ_k、Ｓ_mが算出される。図示した範囲内において、計測された
イオン信号積分値Ｓは、Ｓ_k≧Ｓ≧Ｓ_mに収まっているため、ノック／失火なしと判定され
る。本制御によって、過渡的なエンジン状態の変化に追従したイオン信号の異常燃焼判定
しきい値を設定できるため、過渡運転時における異常燃焼の誤判定を抑制することが可能
となる。

【0046】

以下、図１１〜図１６を用いて、本発明の第２の実施形態によるエンジンの制御装置の
構成及び動作について説明する。
図１１は、本発明の第２の実施形態によるエンジンの制御装置を自動車用筒内噴射式ガ
ソリンエンジンに適用させたシステムの構成を示すシステム構成図である。図１に示した
第１の実施形態のシステム構成に加えて、本実施形態では、排気管と吸気管とのバイパス
通路が設けられ、その通路中に、吸気管へ流入する排気量を制御するためのＥＧＲ弁１９
が備えられている。

【0047】

図１２は、本発明の第２の実施形態によるエンジンの制御装置における、点火信号とイ
オン信号の代表例を示した図である。正常燃焼時、ノック時、失火時のイオン信号に関し
ては、図３に示した通りである。ノック時においては、ノック発生に伴い燃焼室内の圧力
／温度が上昇することから３山目の信号が大きくなり、そこにノック周波数を持つ振動成
分が乗っている。失火時においては、火炎中のイオン成分が生成しないため、３山目の信
号が著しく低下する。以上の特性を考慮して、本実施例においては３山目の信号のピーク
値を異常燃焼判定用に利用する。具体的には、時刻ｔ２で点火信号４ｈが遮断され、遮断
後Δｔｂ経過後の時刻ｔ３から、Δｔｃ経過後の時刻ｔ４までの間のイオン信号４ｇのピ
ーク値を演算する。これをＣ（ｉ）とする。

【0048】

本実施例におけるイオン信号を用いたノックおよび失火の判定原理に関しては、図４か
ら図６で説明した内容と同様である（イオン信号積分値をイオン信号ピーク値に置き換え
ればよい）。

【0049】

図１３は、本発明の第２の実施形態によるエンジンの制御装置の構成を示すシステムブ
ロック図である。図７に示した、本発明の第１の実施形態によるエンジンの制御装置の構
成に加え、本実施形態では、入力信号としてのＥＧＲ弁１９の開度、ＥＧＲ弁駆動回路２
０ｌが備わっていることが特徴である。

【0050】

図１４は、本発明の第２の実施形態によるエンジンの制御装置のＥＣＵ２０内で実施さ
れる異常燃焼判定および回避制御ロジックの概要を示す図である。本発明の第１の実施形
態によるエンジンの制御装置の異常燃焼判定および回避制御ロジックの構成に加え、ノッ
ク／失火判定部に入力信号としてＥＧＲ弁を備えていることが特徴である。また、イオン
信号処理部での演算内容が第１の実施形態と異なる。

【0051】

イオン信号４ｇはイオン信号処理部に入力され、図１２で示したように予め定められた
区間のイオン信号のピーク値が出力される。ノック／失火判定部には、イオン信号のピー
ク値の他、可変バルブ５から現在のバルブ位相（特に吸気弁閉時期、排気弁閉時期）、空
燃比、吸気管圧力、点火信号（点火時期）、ＥＧＲ弁開度が入力される。ここで、吸気弁
閉時期、排気弁閉時期、空燃比、吸気管圧力、点火時期、ＥＧＲ弁開度を基に、正常燃焼
時における最高筒内温度を推定する。具体的には、排気弁閉時期と吸気管圧力とＥＧＲ弁
開度から、筒内空気量および内部ＥＧＲ量を求める。吸気弁閉時期から求めた有効圧縮比
と、筒内空気量および内部ＥＧＲ量とから、圧縮膨張行程における空気サイクルの筒内温
度履歴が求められる。この空気サイクルの筒内温度履歴と、空燃比から求められる燃焼時
の発生熱量と、点火時期から推定可能な燃焼終了時期と、に基づいて、正常燃焼時におけ
る最高筒内温度を推定することができる。推定された正常燃焼時の最高筒内温度から、図
６の関係を用いて正常燃焼時のイオン信号積分値を演算し、それに定数を乗じることによ
ってノックおよび失火の判定しきい値を算出する。ノックおよび失火の判定しきい値と、
入力されたイオン積分値を比較することで、ノックおよび失火を判定する。ノックと判定
されればノック判定フラグＦ_kを１に、失火と判定されれば失火判定フラグＦ_mを１にセッ
トし、ノック／失火回避制御部へ出力する。

【0052】

ノック／失火回避制御部は、第１の実施形態と同様である。

【0053】

図１５は、本発明の第２の実施形態によるエンジンの制御装置におけるイオン信号によ
る異常燃焼判定および回避制御内容を示すフローチャートである。図１５に示す制御内容
は、ＥＣＵ２０によって、所定の周期で繰り返し実行される。

【0054】

ステップＳ１５０１において、ＥＣＵ２０は、イオン信号４ｇを読み込む。次に、ステ
ップＳ１５０２において、イオン信号の演算期間を設定する。基本的には点火時期から一
定時間（例えば２ms）の経過後から、燃焼が終了する時期（例えば９０deg.ＡＴＤＣ）ま
でを演算期間に設定する。この演算期間は運転条件ごとにマップとして予め記憶されてい
る。次に、ステップＳ１５０３に進み、イオン信号ピーク値Ｃ（ｉ）を算出する。記号ｉ
はｉ番目サイクルを意味する。次に、ステップＳ１５０４に進み、吸気管圧Ｐ_in、空燃比
Ａ／Ｆ、吸気弁閉時期θ_IVC、排気弁閉時期θ_EVC、点火時期θ_spk、ＥＧＲ弁開度β、を
読み込む。次に、ステップＳ１５０５にて、読み込んだパラメータから、正常燃焼時最高
筒内温度Ｔ_maxを算出する。具体的には、まず排気弁閉時期と吸気管圧力とＥＧＲ弁開度
から、筒内空気量および内部ＥＧＲ量を求める。吸気弁閉時期から求めた有効圧縮比と、
筒内空気量および内部ＥＧＲ量とから、圧縮膨張行程における空気サイクルの筒内温度履
歴が求められる。この空気サイクルの筒内温度履歴と、空燃比から求められる燃焼時の発
生熱量と、点火時期から推定可能な燃焼終了時期と、に基づいて、正常燃焼時における最
高筒内温度Ｔ_maxを算出する。次に、ステップＳ１５０６にて、正常燃焼時の最高筒内温
度Ｔ_maxから正常燃焼時イオン信号ピーク値Ｃ_b（ｉ）を演算する。具体的には、図６に示
した最高筒内温度とイオン信号との関係を定式（近似式）化したものを予めＥＣＵ２０に
記憶させておき、その式を用いて演算する。

【0055】

次に、ステップＳ１５０７にて、正常燃焼時イオン信号ピーク値Ｃ_b（ｉ）からノック
判定しきい値Ｃ_k（ｉ）および失火判定しきい値Ｃ_m（ｉ）を演算する。例えば、正常燃焼
時イオン信号積分値Ｃ_b（ｉ）に定数Ａを乗じたものを、ノック判定しきい値Ｃ_k（ｉ）、
正常燃焼時イオン信号積分値Ｃ_b（ｉ）に定数Ｂを乗じたものを、失火判定しきい値Ｃ_m（
ｉ）とする。ここで、Ａは１.２〜２.０、Ｂは０.１〜０.５程度に設定される。

【0056】

次に、ステップＳ１５０８にて、イオン信号ピーク値Ｃ（ｉ）とノック判定しきい値Ｃ
_k（ｉ）を比較することで、ノックか否かを判定する。Ｃ（ｉ）＞Ｃ_k（ｉ）である場合は
、ノックであると判定し、ステップＳ１５０９に進む。Ｃ（ｉ）≦Ｃ_k（ｉ）である場合
は、ノックでないと判定し、ステップＳ１５１１に進む。ステップＳ１５０９では、ノッ
クを回避するために点火時期の遅角制御を実施し、さらにステップＳ１５１０で、ノック
を回避するために吸気弁閉時期の遅角制御（有効圧縮比の低下）を実施して、一連の制御
を終了する。ステップＳ１５０８でノックでないと判定された場合は、ステップＳ１５１
１に進み、イオン信号ピーク値Ｃ（ｉ）と失火判定しきい値Ｃ_m（ｉ）を比較することで
、失火か否かを判定する。Ｃ（ｉ）≧Ｃ_m（ｉ）である場合は、失火でないと判定し、一
連の制御を終了する。Ｃ（ｉ）＜Ｃ_m（ｉ）である場合は、失火であると判定し、ステッ
プＳ１５１２に進む。ステップＳ１５１２では、失火を回避するために点火時期の進角制
御を実施し、さらにステップＳ１５１３で、失火を回避するために吸気弁閉時期の進角制
御（有効圧縮比の上昇）を実施して、一連の制御を終了する。

【0057】

図１６は、本発明の第２の実施形態によるエンジンの制御装置による、イオン信号によ
る異常燃焼判定のタイムチャートを示している。図中上から、アクセル開度α、吸気管圧
力Ｐ_in、空燃比Ａ／Ｆ、吸気弁閉弁時期θ_ivc、ＥＧＲ弁開度β、正常燃焼時の最高筒内
温度（推定値）Ｔ_max、イオン信号ピーク値Ｃの時間変化を示している。イオン信号ピー
ク値Ｃのチャートには、正常燃焼時イオン信号積分値Ｃ_b、ノック判定しきい値Ｃ_k、失火
判定しきい値Ｃ_m、を併記している。この例ではノックや失火などが発生していない状況
を想定している。時刻ｔ_s以前は、アクセル開度一定の運転がなされており、エンジンの
運転状態（吸気管圧力、空燃比など）および推定される正常燃焼時最高筒内温度は安定し
ている。時刻ｔ_sにて、ドライバによりアクセルが踏み込まれると、それを受けてまずス
ロットルが開かれ、吸気管圧力が上昇を始める。吸気管圧力や吸気弁閉時期はアクセル開
度から一定の時間遅れを持って上昇する。筒内の空気量に合わせて所望の空燃比（例えば
量論比）となるよう燃料噴射量は制御される。ＥＧＲ弁開度はアクセル開度から一定の時
間遅れを持って増加するが、併記した実ＥＧＲ率は、増加する前に一時的な減少が生じて
いる。これは、吸排気のバイパス管の長さなどに依存するＥＧＲの到達遅れにより発生す
る現象である。結果として、時刻ｔ_sから時刻ｔ_eに至るまでエンジン筒内は過渡的な状態
となる。本実施例では、これら過渡的に変化するパラメータから各サイクルにおける正常
燃焼時の最高筒内温度を算出している。従って、ＥＧＲ率の一時的な減少に伴う温度上昇
を反映できる。

【0058】

正常燃焼時の最高筒内温度Ｔ_maxから正常燃焼時イオン信号積分値Ｃ_bを算出し、その後
ノック／失火判定しきい値Ｃ_k、Ｃ_mが算出される。図示した期間内において、計測された
イオン信号積分値Ｃは、Ｃ_k≧Ｃ≧Ｃ_mの範囲に収まっているため、ノック／失火なしと判
定される。本制御によって、過渡的なエンジン状態の変化、とくに外部ＥＧＲを持つエン
ジンシステムにおけるＥＧＲ率挙動に追従したイオン信号の異常燃焼判定しきい値を設定
できるため、過渡運転時における異常燃焼の誤判定を抑制することが可能となる。

【0059】

以下、図１７〜図１９を用いて、本発明の第３の実施形態によるエンジンの制御装置の
構成及び動作について説明する。

【0060】

本発明の第３の実施形態によるエンジンの制御装置を自動車用筒内噴射式ガソリンエン
ジンに適用させたシステムの構成は図１１と同様である。本発明の第３の実施形態による
エンジンの制御装置の構成を示すシステムブロック図は図１３と同様である。本実施例に
おけるイオン信号を用いたノックおよび失火の判定原理に関しては、図４〜図６で説明し
た内容と同様である（イオン信号積分値をイオン信号ピーク値に置き換えればよい）。

【0061】

図１７は、本発明の第３の実施形態によるエンジンの制御装置のＥＣＵ２０内で実施さ
れる異常燃焼判定および回避制御ロジックの概要を示す図である。図１４に示した本発明
の第２の実施形態によるエンジンの制御装置の異常燃焼判定および回避制御ロジックの構
成に加え、ノック／失火判定部に入力信号としてアクセル開度センサ１６を備えているこ
とが特徴である。ノック／失火判定部はアクセル開度センサ１６に基づいて、現在の運転
状態が定常状態か否かを判定し、その結果によって、ノック／失火の判定しきい値の設定
方法を変更する。

【0062】

図１８は、本発明の第３の実施形態によるエンジンの制御装置におけるイオン信号によ
る異常燃焼判定および回避制御内容を示すフローチャートである。図１８に示す制御内容
は、ＥＣＵ２０によって、所定の周期で繰り返し実行される。

【0063】

ステップＳ１８０１において、ＥＣＵ２０は、イオン信号４ｇを読み込む。次に、ステ
ップＳ１８０２において、イオン信号の演算期間を設定する。基本的には点火時期から一
定時間（例えば２ms）の経過後から、燃焼が終了する時期（例えば９０deg.ＡＴＤＣ）ま
でを演算期間に設定する。この演算期間は運転条件ごとにマップとして予め記憶されてい
る。次に、ステップＳ１８０３に進み、イオン信号ピーク値Ｃ（ｉ）を算出する。記号ｉ
はｉ番目サイクルを意味する。次に、ステップＳ１８０４に進み、アクセル開度αを読み
込む。次に、ステップＳ１８０５進み、アクセル開度の変化量ｄα／ｄｔと所定値Ｘを比
較することで、現在定常状態であるかを判定する。ｄα／ｄｔ≧Ｘ、つまり定常状態でな
いと判定された場合には、ステップＳ１８０６に進み、吸気管圧Ｐ_in、空燃比Ａ／Ｆ、吸
気弁閉時期θ_IVC、排気弁閉時期θ_EVC、点火時期θ_spk、ＥＧＲ弁開度β、を読み込む。
次に、ステップＳ１８０７にて、読み込んだパラメータから、正常燃焼時最高筒内温度Ｔ
_maxを算出する。具体的には、まず排気弁閉時期と吸気管圧力とＥＧＲ弁開度から、筒内
空気量および内部ＥＧＲ量を求める。吸気弁閉時期から求めた有効圧縮比と、筒内空気量
および内部ＥＧＲ量とから、圧縮膨張行程における空気サイクルの筒内温度履歴が求めら
れる。この空気サイクルの筒内温度履歴と、空燃比から求められる燃焼時の発生熱量と、
点火時期から推定可能な燃焼終了時期と、に基づいて、正常燃焼時における最高筒内温度
Ｔ_maxを算出する。次に、ステップＳ１８０８にて、正常燃焼時の最高筒内温度Ｔ_maxから
正常燃焼時イオン信号ピーク値Ｃ_b（ｉ）を演算する。具体的には、図６に示した最高筒
内温度とイオン信号との関係を定式（近似式）化したものを予めＥＣＵ２０に記憶させて
おき、その式を用いて演算する。次に、ステップＳ１８０９にて、正常燃焼時イオン信号
ピーク値Ｃ_b（ｉ）からノック判定しきい値Ｃ_k（ｉ）および失火判定しきい値Ｃ_m（ｉ）
を演算する。例えば、正常燃焼時イオン信号積分値Ｃ_b（ｉ）に定数Ａを乗じたものを、
ノック判定しきい値Ｃ_k（ｉ）、正常燃焼時イオン信号積分値Ｃ_b（ｉ）に定数Ｂを乗じた
ものを、失火判定しきい値Ｃ_m（ｉ）とする。ここで、Ａは１.２〜２.０、Ｂは０.１〜０
.５程度に設定される。

【0064】

ステップＳ１８０５において、ｄα／ｄｔ＜Ｘ、つまり定常状態であると判定された場
合には、ステップＳ１８１０に進む。ステップＳ１８１０において、イオン信号ピーク値
のバックグラウンドレベルを演算する。バックグラウンドレベルとは、現サイクル以前の
ｎサイクル分のイオン信号ピーク値の平均値を意味する。定常条件においては、筒内状態
が安定しているため、過去ｎサイクル分の平均値であるバックグラウンドレベルを正常燃
焼時のイオン電流ピーク値と考えることができる。ｎは５〜３０程度に設定される。次に
、ステップＳ１８１１にて、バックグラウンドレベルＣ_bg（ｉ）からノック判定しきい値
Ｃ_k（ｉ）および失火判定しきい値Ｃ_m（ｉ）を演算する。例えば、バックグラウンドレベ
ルＣ_bg（ｉ）に定数Ａを乗じたものをノック判定しきい値Ｃ_k（ｉ）、バックグラウンド
レベルＣ_bg（ｉ）に定数Ｂを乗じたものを失火判定しきい値Ｃ_m（ｉ）とする。ここでも
、Ａは１.２〜２.０、Ｂは０.１〜０.５程度に設定される。

【0065】

定常状態である場合、定常状態でない場合、それぞれ別の方法でノック、失火判定しき
い値が設定された後、ステップＳ１８１２にて、イオン信号ピーク値Ｃ（ｉ）とノック判
定しきい値Ｃ_k（ｉ）を比較することで、ノックか否かを判定する。Ｃ（ｉ）＞Ｃ_k（ｉ）
である場合は、ノックであると判定し、ステップＳ１８１３に進む。Ｃ（ｉ）≦Ｃ_k（ｉ
）である場合は、ノックでないと判定し、ステップＳ１８１５に進む。ステップＳ１８１
３では、ノックを回避するために点火時期の遅角制御を実施し、さらにステップＳ１８１
４で、ノックを回避するために吸気弁閉時期の遅角制御（有効圧縮比の低下）を実施して
、一連の制御を終了する。ステップＳ１８１２でノックでないと判定された場合は、ステ
ップＳ１８１５に進み、イオン信号ピーク値Ｃ（ｉ）と失火判定しきい値Ｃ_m（ｉ）を比
較することで、失火か否かを判定する。Ｃ（ｉ）≧Ｃ_m（ｉ）である場合は、失火でない
と判定し、一連の制御を終了する。Ｃ（ｉ）＜Ｃ_m（ｉ）である場合は、失火であると判
定し、ステップＳ１８１６に進む。ステップＳ１８１６では、失火を回避するために点火
時期の進角制御を実施し、さらにステップＳ１８１７で、失火を回避するために吸気弁閉
時期の進角制御（有効圧縮比の上昇）を実施して、一連の制御を終了する。

【0066】

図１９は、本発明の第３の実施形態によるエンジンの制御装置による、イオン信号によ
る異常燃焼判定のタイムチャートを示している。図中上から、アクセル開度α、ＥＧＲ弁
開度β、正常燃焼時の最高筒内温度（推定値）Ｔ_max、イオン信号ピーク値Ｃの時間変化
を示している。イオン信号ピーク値Ｃのチャートには、正常燃焼時イオン信号積分値Ｃ_b
、バックグラウンドレベルＣ_bk、ノック判定しきい値Ｃ_k、失火判定しきい値Ｃ_m、を併記
している。この例ではノックや失火などが発生していない状況を想定している。時刻ｔ_s
以前は、アクセル開度一定の運転がなされており、ＥＣＵ２０により定常状態と判定され
る。従ってノックおよび失火の判定しきい値Ｃ_k、Ｃ_mはイオン信号のバックグラウンドレ
ベルＣ_bkから算出される。時刻ｔ_sにて、ドライバによりアクセルが踏み込まれると、Ｅ
ＣＵ２０は定常状態でない、つまり過渡状態であると判定される。従って、ノックおよび
失火の判定しきい値Ｃ_k、Ｃ_mは正常燃焼時のイオンピーク値Ｃ_bから算出される。正常燃
焼時のイオンピーク値Ｃ_bはＥＧＲ弁開度などに基づく正常燃焼時最高筒内温度から求め
られている。図示した範囲内において、計測されたイオン信号積分値Ｓは、Ｓ_k≧Ｓ≧Ｓ_m
に収まっているため、ノック／失火なしと判定される。

【0067】

本実施例では、筒内状態が安定している定常状態においては、ノック／失火判定しきい
値をバックグラウンドレベルから算出し、筒内状態が著しく変化する過渡状態においては
ノック／失火判定しきい値を筒内温度推定に基づく正常燃焼時のイオン信号から算出する
ことにより、筒内温度推定に伴うＥＣＵ２０の演算負荷増大を最小限に抑えながら、異常
燃焼の誤判定を抑制することが可能となる。

【0068】

上記では、定常状態判定用のパラメータとして、アクセル開度の時間変化量のみを用い
た例を示しているが、それに限るものではなく、吸気管圧力や吸気弁閉時期の時間変化量
を用いてもよい。あるいは、アクセル開度の変化が発生した時点から一定期間（例えば１
００ms）を過渡状態と判定してもよい。

【符号の説明】

【0069】

１ エアフローセンサ
２ 電子制御スロットル
３ インジェクタ
４ 点火システム
４ａ 点火プラグ
４ｂ 二次点火コイル
４ｃ 一次点火コイル
４ｄ キャパシタ
４ｅ ツェナーダイオード
４ｆ 電圧変換用抵抗
４ｇ イオン信号
４ｈ 点火信号
４ｉ イグナイタ
５ 可変バルブ
５ａ 吸気バルブ可変装置
５ｂ 排気バルブ可変装置
６ 吸気管
７ シリンダヘッド
８ 排気管
９ 空燃比センサ
１０ 三元触媒
１１ 排気温度センサ
１２ 燃焼室
１３ クランク角センサ
１４ 冷却水温度センサ
１５ 吸気温度センサ
１６ アクセル開度センサ
１７ 高圧燃料ポンプ
１８ 燃料圧力センサ
１９ ＥＧＲ弁
２０ ＥＣＵ
２０ａ 入力回路
２０ｂ 入出力ポート
２０ｃ ＲＡＭ
２０ｄ ＲＯＭ
２０ｅ ＣＰＵ
２０ｆ 電子制御スロットル駆動回路
２０ｇ インジェクタ駆動回路
２０ｈ 点火出力回路
２０ｊ 可変バルブ駆動回路
２０ｋ 高圧燃料ポンプ駆動回路
２０ｌ ＥＧＲ弁駆動回路
２１ 吸気圧センサ
１００ エンジン

【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17】

【図18】

【図19】