JP2006183548A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 シリンダ内における火炎の伝播時期を適切にして、ノッキングを抑制する。
【解決手段】 ＥＣＵは、ベース噴射時期ＩＮＪＢを算出するステップ（Ｓ１００）と、ノッキングが発生したか否かを変別するステップ（Ｓ１０２）と、ノッキングが発生した場合（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、噴射時期の補正値ＩＮＪＫ（Ｉ）を増大するステップ（Ｓ１０４）と、ベース噴射時期ＩＮＪＢに補正値ＩＮＪＫ（Ｉ）を加算して、噴射時期ＩＮＪを算出するステップ（Ｓ１１６）とを含む、プログラムを実行する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、筒内に直接燃料が噴射される内燃機関の制御装置に関する。

従来より、筒内に燃料を直接噴射する直噴エンジンが市販されている。直噴エンジンには、吸気行程において燃料を噴射し、燃料と空気とが均質に混合された混合気を燃焼させる均質燃焼や、圧縮行程において燃料を噴射し、点火プラグの周りの空燃比が高くされた混合気を燃焼させる成層燃焼が行なわれるものがある。また、吸気行程および圧縮行程の２回に分割して燃料を噴射するものもある。このような直噴エンジンにおいても、ノッキングが発生する場合がある。そのため、ノッキングの発生を抑制する必要がある。

特開２００４−３４２９号公報（特許文献１）は、成層燃焼モード運転中に発生するノッキングを失火や排気エミッションの悪化を招くことなく抑制できるノッキング抑制制御装置を開示する。特許文献１に記載のノッキング抑制制御装置は、成層燃焼モード運転中にノッキング検出部でノッキングを検出したときに、成層燃焼モード用ノッキング抑制制御部により点火時期を遅角補正すると共に燃料噴射時期を遅角補正したり、成層燃焼モードから均質燃焼モードに切り換えたりする。ノッキング抑制制御による点火時期と燃料噴射時期のうちの少なくとも一方の補正量又は補正結果が所定の判定値を越えたときに、成層燃焼モードから成層２回噴射燃焼モードに切り換えられる。成層２回噴射燃焼モード運転中にノッキングを検出したときには、成層２回噴射燃焼モード用ノッキング抑制制御部により吸気行程で噴射する燃料と圧縮行程で噴射する燃料の分配率、吸気行程の燃料噴射時期、点火時期のうちの少なくとも１つが補正される。ただし、圧縮行程の燃料噴射時期は補正されない。さらに、成層２回噴射燃焼モード運転中にノッキング抑制制御による燃料分配率、吸気行程の燃料噴射時期、点火時期のうちの少なくとも１つの補正量又は補正結果が所定の判定値を越えたときに、成層２回噴射燃焼モードから均質燃焼モードに切り換えられる。

この公報に記載のノッキング抑制制御装置によると、成層燃焼モード運転中に、ノッキングを抑制するために点火時期の遅角補正しながら、その点火時期の遅角補正量に応じて燃料噴射時期を遅角補正することで、成層燃焼モード運転中の燃料噴射時期と点火時期との関係を、噴射燃料が点火プラグの近傍を流動するタイミングに合わせて点火できるように補正することができる。そのため、成層燃焼モード運転中に、点火時期の遅角補正によりノッキングを抑制しながら、失火や排気エミッションの悪化を燃料噴射時期の遅角補正により未然に防止することができる。

また、一般に、成層２回噴射燃焼モードでは、成層燃焼モードよりも点火時期や燃料噴射時期の補正可能範囲が広くなるため、成層燃焼モードよりもノッキングを抑制しやすくなる。そのため、成層燃焼モード運転中にノッキングを抑制するための補正量又は補正結果が所定の判定値を越えたとき（例えば、補正ガード値で制限されたとき）には、成層燃焼モードのままではノッキングを抑制しきれないと判断して、成層２回噴射燃焼モードに切り換える。これにより、成層燃焼モードでは抑制しきれないノッキングも抑制することができる。

さらに、成層２回噴射燃焼モードでは、点火時期以外に、燃料分配率（吸気行程の燃料噴射量）や吸気行程の燃料噴射時期を補正することによってノッキングを抑制することができる。尚、燃料分配率（吸気行程の燃料噴射量）を補正する場合は、吸気行程の燃料噴射量を自己着火しないレベルまで減量することでノッキングを抑制したり、或は、その反対に、吸気行程の燃料噴射量を増量して吸気行程の噴射燃料の気化熱によって筒内ガス温度を下げることでノッキングを抑制することができる。

さらに、均質燃焼モードは、成層燃焼モードや成層２回噴射燃焼モードよりも点火時期や燃料噴射時期の補正可能範囲が更に広くなるため、成層燃焼モードや成層２回噴射燃焼モードよりも更にノッキングを抑制しやすい。そのため、成層燃焼モード運転中にノッキングを検出したときや、成層２回噴射燃焼モード運転中にノッキング抑制制御による燃料分配率、吸気行程の燃料噴射時期、点火時期のうちの少なくとも１つの補正量又は補正結果が所定の判定値を越えたときに、均質燃焼モードに切り換えられる。これにより、成層２回噴射燃焼モード（又は成層燃焼モード）では抑制しきれないノッキングも抑制することができる。
特開２００４−３４２９号公報

特開２００４−３４２９号公報に記載のノッキング抑制制御装置においては、ノッキング抑制制御により燃料噴射時期が補正される。ところが、筒内の混合気の分布（濃度の分布）は燃料噴時期に応じて変化し得る。混合気の分布が変化すると、筒内における火炎の伝播時期（速度）が変化する。筒内における火炎の伝播時期が部位により異なることが、ノッキング発生の要因となり得るが、特開２００４−３４２９号公報に記載のノッキング抑制制御装置においては、このような問題に関する開示も示唆もない。そのため、筒内における火炎の伝播時期を適切にすることができないという問題点があった。

本発明は、上述の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、筒内における火炎の伝播時期を適切にしてノッキングを抑制することができる、内燃機関の制御装置を提供することである。

第１の発明に係る内燃機関の制御装置は、筒内に燃料を直接噴射する噴射手段を含む内燃機関を制御する。この制御装置は、ノッキングの発生を検出するための検出手段と、ノッキングの発生が検出された場合、筒内における吸気側への火炎の伝播時期が早くなるように、噴射手段を制御するための制御手段とを含む。

第１の発明によると、気筒の吸気側から燃料が噴射される直噴エンジンにおいては、吸気側への火炎の伝播時期が遅くなることにより、吸気側の混合気が断熱圧縮されてノッキングが発生し易い。吸気側でのノッキングの発生を抑制するため、ノッキングの発生が検出された場合、筒内における吸気側への火炎の伝播時期が制御手段により早くなるように制御される。これにより、筒内における火炎の伝播時期を適切にすることができる。そのため、吸気側において混合気が断熱圧縮されて、ノッキングが発生することを抑制することができる。その結果、筒内における火炎の伝播時期を適切にしてノッキングを抑制することができる、内燃機関の制御装置を提供することができる。

第２の発明に係る内燃機関の制御装置は、筒内に燃料を直接噴射する噴射手段を含む内燃機関を制御する。この制御装置は、筒内における火炎の伝播時期を検出するための検出手段と、筒内における吸気側への火炎の伝播時期が、排気側への火炎の伝播時期よりも遅い場合、筒内における吸気側への火炎の伝播が早くなるように、噴射手段を制御するための制御手段とを含む。

第２の発明によると、筒内の吸気側から燃料が噴射される直噴エンジンにおいては、吸気側への火炎の伝播時期が遅くなり易い。吸気側への火炎の伝播時期が排気側に比べて遅いと、吸気側の混合気が断熱圧縮されてノッキングが発生し得る。このノッキングの発生を抑制するため、筒内における吸気側への火炎の伝播時期が、排気側への火炎の伝播時期よりも遅い場合、筒内における吸気側への火炎の伝播時期が制御手段により早くなるように制御される。これにより、筒内における火炎の伝播時期を適切にすることができる。そのため、吸気側において混合気が断熱圧縮されて、ノッキングが発生することを抑制することができる。その結果、筒内における火炎の伝播時期を適切にしてノッキングを抑制することができる、内燃機関の制御装置を提供することができる。

第３の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第２の発明の構成に加え、検出手段は、筒内に複数設けられる。

第３の発明によると、筒内の複数箇所における火炎の伝播時期を精度よく検出することができる。

第４の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第３の発明の構成に加え、検出手段は、筒内の吸気側および排気側の２箇所に設けられる。

第４の発明によると、吸気側への火炎の伝播時期と排気側への火炎の伝播時期とを検出することができる。

第５の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第２〜４のいずれかの発明の構成に加え、検出手段は、イオン電流検出装置である。

第５の発明によると、火炎の内部では、混合気の分子がイオン化して電離状態となっている。そのため、火炎には導電性がある。よって、イオン電流検出装置により電流が流れるか否かを検出することで、火炎の伝播時期を検出することができる。

第６の発明に係る内燃機関の制御装置においては、制御手段は、筒内における吸気側の空燃比を高くして、筒内における吸気側への火炎の伝播時期が早くなるように、噴射手段を制御するための手段を含む。

第６の発明によると、ノッキングが問題となる全負荷条件、空燃比が理論空燃比よりリッチ側に制御される条件では、空燃比が筒内全体の空燃比よりリッチの（低い）場合は火炎の伝播時期が遅くなり易い。そのため、吸気側の空燃比をリーンに（高く）する、つまり、理論空燃比側に制御することにより、吸気側への火炎の伝播時期を早くすることができる。

第７の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第１〜６のいずれかの発明の構成に加え、制御手段は、吸気行程における燃料の噴射時期を進角するための手段を含む。

第７の発明によると、吸気行程における燃料の噴射時期が進角されると、筒内のピストンの頭頂部に燃料が衝突することで、燃料の多くが筒内の排気側に運ばれる。これにより、吸気側の空燃比をリーンに、つまり、理論空燃比側に制御することができる。

第８の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第１〜６のいずれかの発明の構成に加え、筒内には、吸気行程および圧縮行程の２回に分割して燃料が噴射される。制御手段は、圧縮行程における燃料の噴射時期を遅角するための手段を含む。

第８の発明によると、圧縮行程における燃料の噴射時期が遅角されると、筒内のピストンの頭頂部に燃料が衝突することで、燃料の多くが筒内の排気側に運ばれる。これにより、吸気側の空燃比をリーンに、つまり、理論空燃比側に制御することができる。

第９の発明に係る内燃機関の制御装置においては、第８の発明の構成に加え、制御手段は、圧縮行程における燃料の噴射時期を遅角するための手段に加え、圧縮行程における燃料の噴射量を増量するための手段を含む。

第９の発明によると、圧縮行程における燃料の噴射量が増量されると、筒内のピストンの頭頂部に燃料が衝突することで、筒内の排気側に運ばれる燃料の量が多くなる。これにより、吸気側の空燃比をリーンに、つまり、理論空燃比側に制御することができる。

第１０の発明に係る内燃機関の制御装置は、第７〜９のいずれかの発明の構成に加え、燃料の噴射時期が予め定められた第１の噴射時期以降であり、かつ予め定められた第２の噴射時期以前となるように、噴射時期を制限するための手段をさらに含む。

第１０の発明によると、燃料の噴射時期が必要以上に進角されたり遅角されたりすることを抑制することができる。そのため、ピストンの頭頂部に付着する燃料が必要以上に多くなることによるスモークの発生、燃料の気化不足、燃料と空気との混合不足を抑制することができる。

第１１の発明に係る内燃機関の制御装置は、第１０の発明の構成に加え、ノッキングの発生が検出された場合において、燃料の噴射時期が第１の時期および第２の時期のいずれか一方である場合、点火時期を遅角するための手段をさらに含む。

第１１の発明によると、噴射時期を制御してノッキングを抑制できない場合は、点火時期が遅角される。これにより、ノッキングをさらに抑制することができる。

第１２の発明に係る内燃機関の制御装置は、第９の発明の構成に加え、燃料の噴射量が予め定められた第１の噴射量以上であり、かつ予め定められた第２の噴射量以下となるように、噴射量を制限するための手段をさらに含む。

第１２の発明によると、燃料の噴射量が必要以上に多くなったり、少なくなったりすることを抑制することができる。これにより、適切な空燃比を得ることができる。

第１３の発明に係る内燃機関の制御装置は、第１２の発明の構成に加え、ノッキングの発生が検出された場合において、燃料の噴射量が第１の噴射量および第２の噴射量のいずれか一方である場合、点火時期を遅角するための手段をさらに含む。

第１３の発明によると、噴射量を制御してノッキングを抑制できない場合は、点火時期が遅角される。これにより、ノッキングをさらに抑制することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

＜第１の実施の形態＞
図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る制御装置を搭載した車両のエンジンについて説明する。本実施の形態に係る制御装置は、たとえば図１に示すＥＣＵ（Electronic Control Unit）２００が実行するプログラムにより実現される。

エンジン１００には、エアクリーナ１０２から空気が吸入される。吸入空気量は、スロットルバルブ１０４により調整される。スロットルバルブ１０４はモータにより駆動される電機制御式スロットルバルブである。

空気は、シリンダ１０６（燃焼室）において燃料と混合される。シリンダ１０６には、インジェクタ１０８から燃料が直接噴射される。すなわち、インジェクタ１０８の噴射孔はシリンダ１０６内に設けられている。燃料は、シリンダ１０６の吸気側（空気が導入される側）から噴射される。

燃料は吸気行程において噴射される。なお、燃料が噴射される時期は、吸気行程に限らない。また、本実施の形態においては、インジェクタ１０８の噴射孔がシリンダ１０６内に設けられた直噴エンジンとしてエンジン１００を説明するが、直噴用のインジェクタ１０８に加えて、ポート噴射用のインジェクタを設けてもよい。

シリンダ１０６内の混合気は、点火プラグ１１０により着火され、燃焼する。燃焼後の混合気、すなわち排気ガスは、三元触媒１１２により浄化された後、車外に排出される。混合気の燃焼によりピストン１１４が押し下げられ、クランクシャフト１１６が回転する。

シリンダ１０６の頭頂部には、吸気バルブ１１８および排気バルブ１２０が設けられる。シリンダ１０６に導入される空気の量および時期は吸気バルブ１１８により制御され、シリンダ１０６から排出される排気ガスの量および時期は排気バルブ１２０により制御される。吸気バルブ１１８はカム１２２により駆動され、排気バルブ１２０はカム１２４により駆動される。

ＥＣＵ２００は、エンジン１００が所望の運転状態になるように、スロットル開度、点火時期、燃料噴射時期、燃料噴射量、吸排気バルブの開閉タイミングなどを制御する。ＥＣＵ２００は、カム角センサ３００からカムの位置を表す信号が、クランク角センサ３０２からクランクシャフト１１６の回転数（エンジン回転数）およびクランクシャフト１１６の回転角度を表す信号が、ノックセンサ３０４からエンジン１００の振動の強度を表す信号が入力される。

ＥＣＵ２００は、これらのセンサから入力された信号、メモリ（図示せず）に記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、エンジン１００を制御する。本実施の形態において、ＥＣＵ２００はノックセンサ３０４から送信された信号に基づいてノッキングの発生を検出し、ノッキングの発生が検出された場合は、燃料の噴射時期を補正する。

図２を参照して、本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵ２００が実行するプログラムの制御構造について説明する。

ステップ（以下、ステップをＳと略す）１００にて、ＥＣＵ２００は、燃料のベース噴射時期ＩＮＪＢを算出する。ベース噴射時期ＩＮＪＢは、エンジン回転数、エンジン負荷（トルク）などをパラメータとするマップに基づいて算出される。ベース噴射時期ＩＮＪＢは、燃料の噴射時期が吸気行程（たとえばＢＴＤＣ（Before Top Dead Center）９０°〜１８０°）になるように算出される。また、ベース噴射時期ＩＮＪＢは、噴射時期が早いほど、大きくなるように算出される。なお、ベース噴射時期ＩＮＪＢの算出方法については、公知の一般的な技術を利用すればよいため、ここではさらなる詳細な説明は繰返さない。

Ｓ１０２にて、ＥＣＵ２００は、ノックセンサ３０４から送信された信号に基づいて、ノッキングが発生したか否かを判別する。ノッキングが発生したか否かを判別する方法については、公知の一般的な技術を利用すればよいため、ここではさらなる詳細な説明は繰返さない。ノッキングが発生した場合（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、処理はＳ１０４に移される。そうでない場合（Ｓ１０２にてＮＯ）、処理はＳ１０６に移される。

Ｓ１０４にて、ＥＣＵ２００は、噴射時期の補正値ＩＮＪＫ（Ｉ）を、ＩＮＪＫ（Ｉ）＝ＩＮＪＫ（Ｉ−１）＋Ａとして算出する。ここで、ＩＮＪＫ（Ｉ−１）は、前回算出された補正値を示す。「Ａ」は正の定数を示す。すなわち、Ｓ１０４において、補正値ＩＮＪＫ（Ｉ）が増加され、噴射時期が進角される。

Ｓ１０６にて、ＥＣＵ２００は、噴射時期の補正値ＩＮＪＫ（Ｉ）を、ＩＮＪＫ（Ｉ）＝ＩＮＪＫ（Ｉ−１）−Ｂとして算出する。ここで、「Ｂ」は正の定数を示す。すなわち、Ｓ１０４において、補正値ＩＮＪＫ（Ｉ）が減少され、噴射時期が遅角される。その後、処理はＳ１０８に移される。

Ｓ１０８にて、ＥＣＵ２００は、噴射時期の補正値ＩＮＪＫ（Ｉ）が、予め定められた上限値ＩＮＪＫ（Ｘ）以下であるか否かが判別される。ここで、上限値ＩＮＪＫ（Ｘ）は、ピストン１１４の頭頂部に付着する燃料により発生するスモークの量が許容範囲内になるような値に設定される。噴射時期の補正値ＩＮＪＫ（Ｉ）が上限値ＩＮＪＫ（Ｘ）以下である場合（Ｓ１０８にてＹＥＳ）、処理はＳ１１０に移される。そうでない場合（Ｓ１０８にてＮＯ）、処理はＳ１１２に移される。

Ｓ１１０にて、ＥＣＵ２００は、噴射時期の補正値ＩＮＪＫ（Ｉ）が、予め定められた下限値ＩＮＪＫ（Ｙ）以上であるか否かが判別される。下限値ＩＮＪＫ（Ｙ）は、燃料の気化および燃料と空気との混合が適切になされるような値に設定される。噴射時期の補正値ＩＮＪＫ（Ｉ）が下限値ＩＮＪＫ（Ｙ）以下である場合（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、処理はＳ１１６に移される。そうでない場合（Ｓ１１０にてＮＯ）、処理はＳ１１４に移される。

Ｓ１１２にて、ＥＣＵ２００は、上限値ＩＮＪＫ（Ｘ）を噴射時期の補正値ＩＮＪＫ（Ｉ）に設定する。その後、処理はＳ１１６に移される。Ｓ１１４にて、ＥＣＵ２００は、下限値ＩＮＪＫ（Ｙ）を噴射時期の補正値ＩＮＪＫ（Ｉ）に設定する。その後、処理はＳ１１６に移される。

Ｓ１１６にて、ＥＣＵ２００は、ベース噴射時期ＩＮＪＢに補正値ＩＮＪＫ（Ｉ）を加算することで、噴射時期ＩＮＪを算出する。この噴射時期ＩＮＪにおいて、インジェクタ１０８から燃料が噴射される。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵ２００の動作について説明する。

エンジン１００の運転中、ベース噴射時期ＩＮＪＢが算出され（Ｓ１００にてＹＥＳ）、ノックセンサ３０４から送信された信号に基づいて、ノッキングが発生したか否かが判別される（Ｓ１０２）。

図３に示すように、噴射時期が遅角側（下死点側）に設定されている場合においては、燃料は噴霧の貫徹力によりシリンダ１０６の下方に進行する。この場合、図３において時計方向の気流（タンブル）による押し付けが作用し、点火時には、図４に示すように、シリンダ１０６内において吸気側の空燃比が相対的にリッチになり、排気側の空燃比が相対的にリーンになる。

点火後の火炎の伝播時期は、空燃比（混合気の濃度）やシリンダ１０６の壁温の影響を強く受ける。一般的に、火炎の伝播時期は、理論空燃比において最も早くなる。したがって、空燃比が理論空燃比よりリッチまたはリーンになるほど火炎の伝播時期が遅くなる。また、壁温が低いほど火炎の伝播時期が遅くなる傾向にある。そのため、空燃比が理論空燃比よりリッチであり、壁温が低い吸気側への火炎の伝播時期が遅くなる傾向がある。この場合、吸気側の混合気が断熱圧縮されることにより、吸気側においてノッキングが発生し易い。

ノッキングが発生した場合（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、噴射時期の補正値ＩＮＪＫ（Ｉ）が、ＩＮＪＫ（Ｉ）＝ＩＮＪＫ（Ｉ−１）＋Ａとして算出され、補正量が増大される（Ｓ１０４）。算出された補正値ＩＮＪＫ（Ｉ）が、上限値ＩＮＪＫ（Ｘ）以下であり（Ｓ１０８にてＹＥＳ）、かつ下限値ＩＮＪＫ（Ｙ）以上である場合（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、ベース噴射時期ＩＮＪＢに算出された補正値ＩＮＪＫ（Ｉ）が加算されて、噴射時期ＩＮＪが算出される（Ｓ１１６）。これにより、噴射時期ＩＮＪが進角される。

噴射時期ＩＮＪが進角され、噴射時期が早められると、図５に示すように、インジェクタ１０８から噴射された燃料は、ピストン１１４の頭頂部に衝突する。これにより、噴射された燃料の多くが排気側に運ばれる。そのため、図６に示すように、点火時には排気側の空燃比が相対的にリッチになり、吸気側の空燃比が相対的にリーンになる。すなわち、吸気側の空燃比が理論空燃比に近づくように相対的にリーンになる。その結果、吸気側への火炎の伝播時期を早め、吸気側におけるノッキングの発生を抑制することができる。

このとき、噴射時期が必要以上に進角されると、ピストン１１４の頭頂部に付着する燃料により発生するスモークの量が増大するおそれがある。そのため、噴射時期の補正値ＩＮＪＫ（Ｉ）には上限が設けられている。

すなわち、算出された補正値ＩＮＪＫ（Ｉ）が、上限値ＩＮＪＫ（Ｘ）以上である場合（Ｓ１０８にてＮＯ）、上限値ＩＮＪＫ（Ｘ）が噴射時期の補正値ＩＮＪＫ（Ｉ）に設定される。すなわち、最終的に算出される補正値ＩＮＪＫ（Ｉ）が上限値ＩＮＪＫ（Ｘ）より大きくならないように制限される。これにより、許容範囲を超えるスモークが発生することを抑制することができる。

一方、ノッキングが発生していない場合（Ｓ１０２にてＮＯ）は、噴射時期を遅角するため、補正値ＩＮＪＫ（Ｉ）が、ＩＮＪＫ（Ｉ）＝ＩＮＪＫ（Ｉ−１）−Ｂとして算出され、補正値ＩＮＪＫ（Ｉ）が減少される（Ｓ１０６）。

算出された補正値ＩＮＪＫ（Ｉ）が、上限値ＩＮＪＫ（Ｘ）以下であり（Ｓ１０８にてＹＥＳ）、かつ下限値ＩＮＪＫ（Ｙ）以上である場合（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、ベース噴射時期ＩＮＪＢに補正値ＩＮＪＫ（Ｉ）が加算されて、噴射時期ＩＮＪが算出される（Ｓ１１６）。これにより、噴射時期ＩＮＪが遅角される。

ここで、噴射時期が必要以上に遅角されると、燃料の気化不足や燃料と空気との混合不足を招くおそれがある。そのため、噴射時期の補正値ＩＮＪＫ（Ｉ）には下限が設けられている。

すなわち、算出された補正値ＩＮＪＫ（Ｉ）が、下限値ＩＮＪＫ（Ｙ）以下である場合（Ｓ１１０にてＮＯ）、下限値ＩＮＪＫ（Ｙ）が噴射時期の補正値ＩＮＪＫ（Ｉ）に設定される。すなわち、最終的に算出される補正値ＩＮＪＫ（Ｉ）が下限値ＩＮＪＫ（Ｙ）より小さくならないように制限される。燃料の気化不足や燃料と空気との混合不足を抑制することができる。

以上のように、本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵは、ノッキングの発生が検出された場合、吸気行程における燃料の噴射時期を進角し、噴射時期を早くする（上死点側にする）。これにより、シリンダ内における吸気側の空燃比が理論空燃比に近づくように相対的にリーンになり、吸気側への火炎の伝播時期が早くされる。そのため、吸気側の混合気が断熱圧縮されることを抑制することができる。その結果、ノッキングの発生を抑制することができる。

＜第２の実施の形態＞
図７および図８を参照して、本発明の第２の実施の形態について説明する。前述の第１の実施の形態においては、ノッキングの発生が検出された場合に、吸気行程における燃料の噴射時期を進角することによりノッキングを抑制していた。本実施の形態においては、ノッキングの発生が検出された場合において、シリンダ内における吸気側への火炎の伝播時期が、排気側への火炎の伝播時期よりも遅い場合、吸気行程における燃料の噴射時期を進角する。

シリンダ内における火炎の伝播時期は、シリンダに設けられたイオン電流検出装置により検出される。その他の構造については、前述の第１の実施の形態と同じである。それらについての機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰返さない。

図７を参照して、本発明の実施の形態に係る制御装置が搭載された車両のエンジンについて説明する。図７に示すように、シリンダ１０６の吸気側および排気側の壁面の２箇所に、イオン電流検出装置３０６，３０８が設けられる。なお、イオン電流検出装置３０６，３０８が設けられる箇所は２箇所に限らない。

火炎の内部では、混合気の分子がイオン化して電離状態となっている。そのため、火炎には導電性がある。したがって、混合気の中に挿入されたイオン電流検出装置３０６，３０８の電極に電圧を印加すると、電流が流れる。

本実施の形態においては、イオン電流検出装置３０６，３０８が電極に流れる電流を検出し、検出結果を表す信号がＥＣＵ２００に入力される。ＥＣＵ２００は、電流が流れた時期を火炎の伝播時期として検出する。

図８を参照して、本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵ２００が実行するプログラムの制御構造について説明する。なお、前述の第１の実施形態におけるプログラムと同じ処理については、同じステップ番号を付してある。それらの処理の内容は同じである。したがって、それらについての詳細な説明は、ここでは繰返さない。

Ｓ２００にて、ＥＣＵ２００は、イオン電流検出装置３０６，３０８から送信された信号に基づいて、シリンダ１０６内における吸気側への火炎伝播時期ＴＩＮおよび排気側への火炎伝播時期ＴＥＸを検出する。

Ｓ２０２にて、ＥＣＵ２００は、ノックセンサ３０４から送信された信号に基づいて、ノッキングが発生したか否かを判別する。ノッキングが発生した場合（Ｓ２０２にてＹＥＳ）、処理はＳ２０４に移される。そうでない場合（Ｓ２０２にてＮＯ）、処理はＳ１１６に移される。

Ｓ２０４にて、ＥＣＵ２００は、吸気側への火炎伝播時期ＴＩＮが排気側への火炎伝播時期ＴＥＸよりも遅いか否かを判別する。吸気側への火炎伝播時期ＴＩＮが排気側への火炎伝播時期ＴＥＸよりも遅い場合（Ｓ２０４にてＹＥＳ）、処理はＳ１０４に移される。そうでない場合（Ｓ２０４にてＮＯ）、処理はＳ１０６に移される。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵ２００の動作について説明する。

エンジン１００の運転中、ベース噴射時期ＩＮＪＢが算出され（Ｓ１００にてＹＥＳ）、イオン電流検出装置３０６，３０８から送信された信号に基づいて、シリンダ１０６内における吸気側への火炎伝播時期ＴＩＮおよび排気側への火炎伝播時期ＴＥＸが検出される（Ｓ２００）。また、ノックセンサ３０４から送信された信号に基づいて、ノッキングが発生したか否かが判別される（Ｓ２０２）。

ノッキングが発生した場合（Ｓ２０２にてＹＥＳ）において、吸気側への火炎伝播時期ＴＩＮが排気側への火炎伝播時期ＴＥＸよりも遅い場合（Ｓ２０４にてＹＥＳ）、火炎の伝播時期が異なるためにノッキングが発生したと考えられる。

そのため、噴射時期の補正値ＩＮＪＫ（Ｉ）が、ＩＮＪＫ（Ｉ）＝ＩＮＪＫ（Ｉ−１）＋Ａとして算出され、補正量が増大され（Ｓ１０４）、最終的には噴射時期ＩＮＪが進角される。これにより、吸気側への火炎の伝播時期を早め、吸気側におけるノッキングの発生を抑制することができる。

ノッキングが発生した場合（Ｓ２０２にてＹＥＳ）において、吸気側への火炎伝播時期ＴＩＮが排気側への火炎伝播時期ＴＥＸよりも早い場合（Ｓ２０４にてＮＯ）、火炎の伝播時期とは異なる要因によりノッキングが発生したと考えられる。

この場合、補正値ＩＮＪＫ（Ｉ）が、ＩＮＪＫ（Ｉ）＝ＩＮＪＫ（Ｉ−１）−Ｂとして算出され、補正値ＩＮＪＫ（Ｉ）が減少され（Ｓ１０６）、最終的には噴射時期ＩＮＪが遅角される。

以上のように、本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵは、ノッキングが発生した場合において、吸気側への火炎伝播時期ＴＩＮが排気側への火炎伝播時期ＴＥＸよりも遅い場合、噴射時期を進角し、噴射時期を早くする（上死点側にする）。このようにしても、前述の第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

＜第３の実施の形態＞
図９を参照して、本発明の第３の実施の形態について説明する。
前述の第１の実施の形態および第２の実施の形態においては、吸気行程における燃料の噴射時期を補正することによりノッキングを抑制していたが、本実施の形態においては、噴射時期に加えて点火時期を補正する。その他の構造については、前述の第１の実施の形態または第２の実施の形態と同じである。それらについての機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰返さない。

図９を参照して、本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵ２００が実行するプログラムの制御構造について説明する。ＥＣＵは、前述の第１の実施の形態または第２の実施の形態におけるプログラムに加えて、以下に説明するプログラムを実行する。

Ｓ３００にて、ＥＣＵ２００は、ベース点火時期ＳＡＢを算出する。ベース点火時期ＳＡＢは、エンジン回転数、エンジン負荷（トルク）などをパラメータとするマップに基づいて算出される。なお、ベース点火時期ＳＡＢの算出方法については、公知の一般的な技術を利用すればよいため、ここではさらなる詳細な説明は繰返さない。

Ｓ３０２にて、ＥＣＵ２００は、ノックセンサ３０４から送信された信号に基づいて、ノッキングが発生したか否かを判別する。ノッキングが発生したか否かを判別する方法については、公知の一般的な技術を利用すればよいため、ここではさらなる詳細な説明は繰返さない。ノッキングが発生した場合（Ｓ３０２にてＹＥＳ）、処理はＳ３０４に移される。そうでない場合（Ｓ３０２にてＮＯ）、この処理は終了する。

Ｓ３０４にて、ＥＣＵ２００は、噴射時期の補正値ＩＮＪＫ（Ｉ）が上限値ＩＮＪＫ（Ｘ）と等しいか否かを判別する。補正値ＩＮＪＫ（Ｉ）が上限値ＩＮＪＫ（Ｘ）と等しい場合（Ｓ３０４にてＹＥＳ）、処理はＳ３０６に移される。そうでない場合（Ｓ３０４にてＮＯ）、処理はＳ３０８に移される。

Ｓ３０６にて、ＥＣＵ２００は、点火時期の補正値ＳＡＫ（Ｉ）を、ＳＡＫ（Ｉ）＝ＳＡＫ（Ｉ−１）−Ｃとして算出する。ここで、ＳＡＫ（Ｉ−１）は、前回算出された補正値を示す。「Ｃ」は正の定数を示す。すなわち、Ｓ３０６において、補正値ＳＡＫ（Ｉ）が減少され、点火時期が遅角される。

Ｓ３０８にて、ＥＣＵ２００は、点火時期の補正値ＳＡＫ（Ｉ）を、ＳＡＫ（Ｉ）＝ＳＡＫ（Ｉ−１）＋Ｄとして算出する。ここで、「Ｄ」は正の定数を示す。すなわち、Ｓ３０８において、補正値ＳＡＫ（Ｉ）が増加され、点火時期が進角される。

Ｓ３１０にて、ＥＣＵ２００は、点火時期の補正値ＳＡＫ（Ｉ）が、予め定められた上限値ＳＡＫ（Ｘ）以下であるか否かが判別される。ここで、上限値ＳＡＫ（Ｘ）は、エンジン１００の出力（トルク）が許容範囲内になるような値に設定される。点火時期の補正値ＳＡＫ（Ｉ）が上限値ＳＡＫ（Ｘ）以下である場合（Ｓ３１０にてＹＥＳ）、処理はＳ３１４に移される。そうでない場合（Ｓ３１０にてＮＯ）、処理はＳ３１２に移される。

Ｓ３１２にて、ＥＣＵ２００は、上限値ＳＡＫ（Ｘ）を点火時期の補正値ＳＡＫ（Ｉ）に設定する。その後、処理はＳ３１４に移される。Ｓ３１４にて、ＥＣＵ２００は、ベース点火時期ＳＡＢに補正値ＳＡＫ（Ｉ）を加算することで、点火時期ＳＡを算出する。この点火時期ＳＡにおいてシリンダ１０６内の混合気が点火される。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵ２００の動作について説明する。

エンジン１００の運転中、ベース点火時期ＳＡＢが算出され（Ｓ３００）、ノックセンサ３０４から送信された信号に基づいて、ノッキングが発生したか否かが判別される（Ｓ３０２）。

ノッキングが発生した場合（Ｓ３０２にてＹＥＳ）、噴射時期の補正値ＩＮＪＫ（Ｉ）が上限値ＩＮＪＫ（Ｘ）と等しいか否かが判別される（Ｓ３０４）。補正値ＩＮＪＫ（Ｉ）が上限値ＩＮＪＫ（Ｘ）と等しい場合（Ｓ３０４にてＹＥＳ）、これ以上噴射時期ＩＮＪを進角してノッキングを抑制することができない状態であるといえる。

そのため、点火時期の補正値ＳＡＫ（Ｉ）が、ＳＡＫ（Ｉ）＝ＳＡＫ（Ｉ−１）−Ｃとして算出され、補正値ＳＡＫ（Ｉ）が減少される（Ｓ３０６）。この場合、補正値ＳＡＫ（Ｉ）は、必ず上限値ＳＡＫ（Ｘ）以下になる（Ｓ３１０にてＹＥＳ）。したがって、ベース点火時期ＳＡＢに算出された補正値ＳＡＫ（Ｉ）が加算され（Ｓ３１４）、点火時期ＳＡが遅角される。

一方、補正値ＩＮＪＫ（Ｉ）が上限値ＩＮＪＫ（Ｘ）と異なる場合（Ｓ３０４にてＹＥＳ）、すなわち、補正値ＩＮＪＫ（Ｉ）が上限値ＩＮＪＫ（Ｘ）よりも小さい場合、噴射時期ＩＮＪを進角してノッキングを抑制することができる状態であるといえる。

この場合、点火時期を進角するため、点火時期の補正値ＳＡＫ（Ｉ）が、ＳＡＫ（Ｉ）＝ＳＡＫ（Ｉ−１）＋Ｄとして算出され、補正値ＳＡＫ（Ｉ）が増加される（Ｓ３０８）。算出された補正値ＳＡＫ（Ｉ）が上限値ＳＡＫ（Ｘ）よりも以下である場合（Ｓ３１０にてＹＥＳ）は、ベース点火時期ＳＡＢに算出された補正値ＳＡＫ（Ｉ）が加算されて、点火時期ＳＡが算出される（Ｓ３１４）。この場合、点火時期が進角される。そのため、点火時期の遅角によるエンジン１００の出力（トルク）低下が抑制される。

ところで、点火時期ＳＡを必要以上に進角すると、逆に混合気の燃焼状態が悪化し、エンジン１００の出力（トルク）が低下するおそれがある。必要以上に進角されることを抑制するため、点火時期の補正値ＳＡＫ（Ｉ）が上限値ＳＡＫ（Ｘ）より大きい場合（Ｓ３１０にてＮＯ）、上限値ＳＡＫ（Ｘ）が補正値ＳＡＫ（Ｉ）に設定され（Ｓ３１２）、補正値ＳＡＫ（Ｉ）が制限される。これにより、必要以上に点火時期が進角されて、エンジン１００の出力（トルク）が低下することを抑制できる。なお、点火時期の補正値ＳＡＫ（Ｉ）を上限値ＳＡＫ（Ｘ）以下に制限することに加えて、点火時期の補正値ＳＡＫ（Ｉ）を下限値ＳＡＫ（Ｙ）以上に制限してもよい。

以上のように、本実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵ２００は、ノッキングが発生した場合において、噴射時期の補正値ＩＮＪＫ（Ｉ）が上限値ＩＮＪＫ（Ｘ）と等しい場合、点火時期を遅角する。これにより、噴射時期によるノッキングの抑制ができない場合において、さらにノッキングを抑制することができる。

＜その他の実施の形態＞
前述の第１の実施の形態および第２の実施の形態においては、吸気行程における燃料の噴射時期を進角していたが、燃料噴射を吸気行程と圧縮行程の２回に分割し、ノッキングが発生した場合は圧縮行程における燃料噴射時期を遅角し、ノッキングが発生していない場合は圧縮行程における燃料噴射時期を進角してもよい。このようにしても、前述の第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

また、圧縮行程における燃料噴射時期を遅角するようにした場合において、噴射時期の上限（進角側の限度）および下限（遅角側の限度）を設けてもよい。このようにしても、前述の第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

さらに、圧縮行程における噴射時期の上限および下限を設けた場合において、ノッキングの発生時に噴射時期が下限値となっていた場合は、点火時期を遅角することによりノッキングを抑制してもよい。このようにしても、前述の第３の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

さらに、ノッキングが発生した場合は、圧縮工程における燃料噴射時期を遅角することに加えて、圧縮行程における燃料噴射量を増量（圧縮行程における燃料噴射量の比率を増加）し、ノッキングが発生していない場合は圧縮行程における燃料噴射量を減量（圧縮行程における燃料噴射量の比率を減少）してもよい。このようにしても、前述の第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

また、圧縮行程における燃料噴射量を増量するようにした場合において、噴射量の上限および下限を設けてもよい。このようにしても、前述の第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

さらに、圧縮行程における燃料噴射量の上限および下限を設けた場合において、ノッキングが発生時に噴射時期が上限値となっていた場合は、点火時期を遅角することによりノッキングを抑制してもよい。このようにしても、前述の第３の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の第１の実施の形態に係る制御装置を搭載した車両のエンジンを示す概略構成図である。 本発明の第１の実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵが実行するプログラムの制御構造を示すフローチャートである。 吸気行程において燃料を噴射した場合を示す図（その１）である。 点火時における混合気の状態を示す図（その１）である。 吸気行程において燃料を噴射した場合を示す図（その２）である。 点火時における混合気の状態を示す図（その２）である。 本発明の第２の実施の形態に係る制御装置を搭載した車両のエンジンを示す概略構成図である。 本発明の第２の実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵが実行するプログラムの制御構造を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施の形態に係る制御装置であるＥＣＵが実行するプログラムの制御構造を示すフローチャートである。

符号の説明

１００ エンジン、１０２ エアクリーナ、１０４ スロットルバルブ、１０６ シリンダ、１０８ インジェクタ、１１０ 点火プラグ、１１２ 三元触媒、１１４ ピストン、１１６ クランクシャフト、１１８ 吸気バルブ、１２０ 排気バルブ、１２２，１２４ カム、３００ カム角センサ、３０２ クランク角センサ、３０４ ノックセンサ、３０６，３０８ イオン電流検出装置。

Claims (13)

1. 筒内に燃料を直接噴射する噴射手段を含む内燃機関の制御装置であって、
   ノッキングの発生を検出するための検出手段と、
   ノッキングの発生が検出された場合、前記筒内における吸気側への火炎の伝播時期が早くなるように、前記噴射手段を制御するための制御手段とを含む、内燃機関の制御装置。
2. 筒内に燃料を直接噴射する噴射手段を含む内燃機関の制御装置であって、
   前記筒内における火炎の伝播時期を検出するための検出手段と、
   前記筒内における吸気側への火炎の伝播時期が、排気側への火炎の伝播時期よりも遅い場合、前記筒内における吸気側への火炎の伝播時期が早くなるように、前記噴射手段を制御するための制御手段とを含む、内燃機関の制御装置。
3. 前記検出手段は、前記筒内に複数設けられる、請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記検出手段は、前記筒内の吸気側および排気側の２箇所に設けられる、請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記検出手段は、イオン電流検出装置である、請求項２〜４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記制御手段は、前記筒内における吸気側の空燃比を高くして、前記筒内における吸気側への火炎の伝播時期が早くなるように、前記噴射手段を制御するための手段を含む、請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記制御手段は、吸気行程における燃料の噴射時期を進角するための手段を含む、請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記筒内には、吸気行程および圧縮行程の２回に分割して燃料が噴射され、
   前記制御手段は、圧縮行程における燃料の噴射時期を遅角するための手段を含む、請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
9. 前記制御手段は、圧縮行程における燃料の噴射時期を遅角するための手段に加え、圧縮行程における燃料の噴射量を増量するための手段を含む、請求項８に記載の内燃機関の制御装置。
10. 前記制御装置は、燃料の噴射時期が予め定められた第１の噴射時期以降であり、かつ予め定められた第２の噴射時期以前となるように、噴射時期を制限するための手段をさらに含む、請求項７〜９のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
11. 前記制御装置は、ノッキングの発生が検出された場合において、燃料の噴射時期が前記第１の時期および前記第２の時期のいずれか一方である場合、点火時期を遅角するための手段をさらに含む、請求項１０に記載の内燃機関の制御装置。
12. 前記制御装置は、燃料の噴射量が予め定められた第１の噴射量以上であり、かつ予め定められた第２の噴射量以下となるように、噴射量を制限するための手段をさらに含む、請求項９に記載の内燃機関の制御装置。
13. 前記制御装置は、ノッキングの発生が検出された場合において、燃料の噴射量が前記第１の噴射量および前記第２の噴射量のいずれか一方である場合、点火時期を遅角するための手段をさらに含む、請求項１２に記載の内燃機関の制御装置。

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