特許 6848917 エンジンの制御装置

(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】6848917

(24)【登録日】2021年3月8日

(45)【発行日】2021年3月24日

(54)【発明の名称】エンジンの制御装置

(51)【国際特許分類】

   F02P 5/15 20060101AFI20210315BHJP

   F02M 26/00 20160101ALI20210315BHJP

   F02D 41/22 20060101ALI20210315BHJP

   F02D 41/04 20060101ALI20210315BHJP

   F02D 43/00 20060101ALI20210315BHJP

   F02D 45/00 20060101ALI20210315BHJP

   F02D 19/12 20060101ALI20210315BHJP

   F02P 5/152 20060101ALI20210315BHJP

【ＦＩ】

   F02P5/15 G

   F02M26/00 301

   F02D41/22

   F02D41/04

   F02D43/00 301B

   F02D43/00 301H

   F02D43/00 301J

   F02D43/00 301N

   F02D45/00

   F02D19/12 A

   F02P5/152

【請求項の数】8

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2018-64932(P2018-64932)

(22)【出願日】2018年3月29日

(65)【公開番号】特開2019-173701(P2019-173701A)

(43)【公開日】2019年10月10日

【審査請求日】2020年7月15日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000003137

【氏名又は名称】マツダ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100067828

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 悦司

(74)【代理人】

【識別番号】100115381

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 昌崇

(74)【代理人】

【識別番号】100133916

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 興

(72)【発明者】

【氏名】中本 仁寿

(72)【発明者】

【氏名】外薗 徹

(72)【発明者】

【氏名】丸本 真玄

(72)【発明者】

【氏名】荒木 啓二

【審査官】 戸田 耕太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−２４６７８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０２５０５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０９９４１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１４１９４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−２３０５５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０１７４２６３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１７−１７２５２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−５０９６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−６５４６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−５７２６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−５７２６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−４８０３９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｐ ５／１５

Ｆ０２Ｄ １９／１２

Ｆ０２Ｄ ４１／０４

Ｆ０２Ｄ ４１／２２

Ｆ０２Ｄ ４３／００

Ｆ０２Ｄ ４５／００

Ｆ０２Ｍ ２６／００

Ｆ０２Ｐ ５／１５２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃焼室が形成された気筒と、前記燃焼室に導入される吸気が流通する吸気通路と、前記燃焼室から排出される排気ガスが流通する排気通路と、前記排気通路を流通する排気ガスの一部がＥＧＲガスとして前記吸気通路に還流するように前記吸気通路と前記排気通路とを連通するＥＧＲ通路とを備え、ガソリンを含有する燃料が前記燃焼室に供給されて当該燃料と空気の混合気が前記燃焼室内で燃焼するエンジンを制御する装置であって、
前記燃焼室内の混合気に所定の点火時期で点火を行う点火手段と、
前記点火手段を制御する制御手段とを備え、
前記気筒の幾何学的圧縮比は１５以上に設定されており、
前記制御手段は、エンジン負荷が所定の基準負荷以上の高負荷領域でエンジンが運転されているとき、前記混合気が圧縮上死点以降で燃焼を開始するような点火時期を前記点火手段の基本点火時期として設定するとともに、前記燃焼室内の全ガス量に対する前記ＥＧＲガス量の割合をＥＧＲ率として求めかつ当該ＥＧＲ率から既定の目標ＥＧＲ率を差し引いたＥＧＲ率ずれ量を算出し、算出したＥＧＲ率ずれ量が大きいほど前記基本点火時期から遅角側に大きくずれるように補正された補正後点火時期で前記点火手段に点火を行わせる、ことを特徴とするエンジンの制御装置。

【請求項2】

請求項１に記載のエンジンの制御装置において、
前記吸気通路を通って前記燃焼室に導入される吸気量を検出する第１検出手段と、
前記排気通路を流通する排気ガスの酸素濃度である排気酸素濃度を検出する第２検出手段とをさらに備え、
前記制御手段は、前記高負荷領域でエンジンが運転されているとき、検出された前記吸気量および前記排気酸素濃度に基づいて前記ＥＧＲ率を算出するとともに、算出した前記ＥＧＲ率から前記目標ＥＧＲ率を差し引くことにより前記ＥＧＲ率ずれ量を算出する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。

【請求項3】

請求項１または２に記載のエンジンの制御装置において、
エンジンは、複数の前記気筒と、各気筒の燃焼室内の混合気にそれぞれ点火を行う複数の前記点火手段と、吸気を各気筒に分配するための吸気マニホールドとを備え、
前記ＥＧＲ通路は、前記吸気マニホールドの１か所に接続されている、ことを特徴とするエンジンの制御装置。

【請求項4】

燃焼室が形成された気筒と、前記燃焼室に導入される吸気が流通する吸気通路と、前記燃焼室から排出される排気ガスが流通する排気通路と、前記排気通路を流通する排気ガスの一部がＥＧＲガスとして前記吸気通路に還流するように前記吸気通路と前記排気通路とを連通するＥＧＲ通路とを備え、ガソリンを含有する燃料が前記燃焼室に供給されて当該燃料と空気の混合気が前記燃焼室内で燃焼するエンジンを制御する装置であって、
前記燃焼室内の混合気に点火を行う点火手段と、
前記混合気の燃焼中に当該混合気を冷却するための冷媒を前記燃焼室内に噴射する冷媒噴射手段と、
前記点火手段と前記冷媒噴射手段とを制御する制御手段とを備え、
前記気筒の幾何学的圧縮比は１５以上に設定されており、
前記制御手段は、エンジン負荷が所定の基準負荷以上の高負荷領域でエンジンが運転されているとき、前記混合気が圧縮上死点以降で燃焼を開始するように前記点火手段を制御するとともに、前記燃焼室内の全ガス量に対する前記ＥＧＲガス量の割合をＥＧＲ率として求めかつ当該ＥＧＲ率から既定の目標ＥＧＲ率を差し引いたＥＧＲ率ずれ量を算出し、算出したＥＧＲ率ずれ量が大きいほど前記冷媒噴射手段による前記冷媒の噴射量を多くする、ことを特徴とするエンジンの制御装置。

【請求項5】

請求項４に記載のエンジンの制御装置において、
前記吸気通路を通って前記燃焼室に導入される吸気量を検出する第１検出手段と、
前記排気通路を流通する排気ガスの酸素濃度である排気酸素濃度を検出する第２検出手段とをさらに備え、
前記制御手段は、前記高負荷領域でエンジンが運転されているとき、検出された前記吸気量および前記排気酸素濃度に基づいて前記ＥＧＲ率を算出するとともに、算出した前記ＥＧＲ率から前記目標ＥＧＲ率を差し引くことにより前記ＥＧＲ率ずれ量を算出する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。

【請求項6】

請求項４または５に記載のエンジンの制御装置において、
エンジンは、複数の前記気筒と、各気筒の燃焼室内の混合気にそれぞれ点火を行う複数の前記点火手段と、吸気を各気筒に分配するための吸気マニホールドとを備え、
前記ＥＧＲ通路は、前記吸気マニホールドの１か所に接続されている、ことを特徴とするエンジンの制御装置。

【請求項7】

請求項４〜６のいずれか１項に記載のエンジンの制御装置において、
前記制御手段は、前記高負荷領域でエンジンが運転されており、且つ、前記冷媒噴射手段によって前記冷媒を前記燃焼室に噴射させるとき、前記燃焼室内で生じた熱発生量が１燃焼サイクル中に前記燃焼室内で生じる全熱発生量の１０％以上且つ５０％以下となる時期に前記冷媒が噴射されるように前記冷媒噴射手段を制御する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。

【請求項8】

請求項１〜７のいずれか１項に記載のエンジンの制御装置において、
前記高負荷領域でエンジンが運転されているとき、前記目標ＥＧＲ率は２０％以下とされる、ことを特徴とするエンジンの制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃焼室が形成された気筒と、前記燃焼室に導入される吸気が流通する吸気通路と、前記燃焼室から排出される排気ガスが流通する排気通路とを備え、ガソリンを含有する燃料が前記燃焼室に供給されて当該燃料と空気の混合気が前記燃焼室内で燃焼するエンジンの制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、エンジンの分野では、ノッキングが発生するのを防止するために種々の検討が行われている。ノッキングは、エンジン負荷が高く燃焼室内の温度が高い条件下において、燃焼室の外周部等で局所的に燃料と空気との混合気が自着火して燃焼室内の圧力が急上昇する現象である。ノッキングが生じると、騒音が増大するとともにピストン等の損傷を招くおそれがある。そのため、ノッキングを防止することが求められている。

【0003】

例えば、特許文献１には、エンジン本体にノッキングを検出するためのノックセンサを設け、ノックセンサでノッキングが検出されると、点火時期を遅角させるエンジンが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００８−２９１７５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

点火時期を遅角させれば燃焼に伴って燃焼室内の温度が高くなる時期を圧縮上死点からより遅角側にすることができ、燃焼中の温度を低く抑えてノッキングを抑制することができる。しかし、点火時期を単純に遅角しただけでは、エンジントルクが低下する、つまり、燃費性能が悪化する。

【0006】

本発明は、前記のような事情に鑑みてなされたものであり、ノッキングを防止しつつ燃費性能を良好にできるエンジンの制御装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記課題を解決するために、本願発明は、燃焼室が形成された気筒と、前記燃焼室に導入される吸気が流通する吸気通路と、前記燃焼室から排出される排気ガスが流通する排気通路と、前記排気通路を流通する排気ガスの一部がＥＧＲガスとして前記吸気通路に還流するように前記吸気通路と前記排気通路とを連通するＥＧＲ通路とを備え、ガソリンを含有する燃料が前記燃焼室に供給されて当該燃料と空気の混合気が前記燃焼室内で燃焼するエンジンを制御する装置であって、前記燃焼室内の混合気に所定の点火時期で点火を行う点火手段と、前記点火手段を制御する制御手段とを備え、前記気筒の幾何学的圧縮比は１５以上に設定されており、前記制御手段は、エンジン負荷が所定の基準負荷以上の高負荷領域でエンジンが運転されているとき、前記混合気が圧縮上死点以降で燃焼を開始するような点火時期を前記点火手段の基本点火時期として設定するとともに、前記燃焼室内の全ガス量に対する前記ＥＧＲガス量の割合をＥＧＲ率として求めかつ当該ＥＧＲ率から既定の目標ＥＧＲ率を差し引いたＥＧＲ率ずれ量を算出し、算出したＥＧＲ率ずれ量が大きいほど前記基本点火時期から遅角側に大きくずれるように補正された補正後点火時期で前記点火手段に点火を行わせる、ことを特徴とするエンジンの制御装置を提供する（請求項１）。

【0008】

この構成によれば、気筒の幾何学的圧縮比が１５以上と高く、さらに、高負荷領域でエンジンが運転されていることで、燃焼室内の温度が非常に高くなるときに、混合気が圧縮上死点以降で燃焼を開始するように点火手段が制御される。そのため、混合気の燃焼を圧縮上死点前で開始させて気筒内の温度・圧力が高くなる圧縮上死点で混合気を燃焼させる場合に比べて、燃焼室内の温度・圧力を低く抑えることができる。従って、幾何学的圧縮比を１５以上として燃費性能を高めつつ、高負荷領域においてノッキングが発生するのを防止することができる。

【0009】

しかも、この構成では、高負荷領域でエンジンが運転されており、且つ、混合気が圧縮上死点以降で燃焼を開始するように点火手段が制御される運転条件下において、ＥＧＲ率ずれ量（ＥＧＲ率から目標ＥＧＲ率を差し引いた値）が大きいほど点火時期が遅角側に補正される。そのため、点火時期の遅角量を少なく抑えて燃費性能の悪化を抑制しながら、ノッキングの発生をより確実に防止することができる。

【0010】

具体的には、本願発明者らは、ノッキングを防止するために鋭意研究を行った結果、前記のような運転条件下では、ＥＧＲ率が高い場合の方が低い場合よりもノッキングが生じやすいことを突き止めた。

【0011】

詳細には、既燃ガスであるＥＧＲガスは空気に比べて比熱が大きい。そのため、前記燃焼室内の全ガス量に対するＥＧＲガス量の割合であるＥＧＲ率が高い方が混合気の燃焼速度は低くなる。従って、ＥＧＲ率が高いときの方が低いときよりもノッキングが抑制されると推測された。実際に、混合気が圧縮上死点よりも前に開始する燃焼形態ではＥＧＲ率が高い方がノッキングは発生しにくい。ところが、混合気の燃焼を圧縮上死点以降で開始させたときには、ＥＧＲ率が高い場合の方が低い場合よりもノッキングが生じやすいことが分かった。これは、次の理由によると考えられる。すなわち、圧縮上死点を過ぎると、ピストンの低下に伴って燃焼室内のガスは膨張して降温していく。しかし、前記のようにＥＧＲガスはその比熱が大きい。そのため、ＥＧＲ率が高くＥＧＲガスの割合が多い方が、前記の降温量は少なく抑えられる。これより、混合気の燃焼を圧縮上死点以降で開始させたときは、ＥＧＲ率が高くＥＧＲガスの割合が多い方が圧縮上死点以降において燃焼室内がより高温に維持されることになり、ノッキングが発生しやすくなると考えられる。

【0012】

従って、前記のように、高負荷領域でエンジンが運転されており、且つ、混合気が圧縮上死点以降で燃焼を開始するように点火手段が制御される運転条件下において、ＥＧＲ率ずれ量が大きいほど点火時期を遅角側に補正すれば、ＥＧＲ率が高くノッキングが生じやすいときには点火時期をより遅くすることでノッキングを確実に防止できるとともに、ＥＧＲ率が低くノッキングが生じにくいときには点火時期が比較的進角側の時期とされることで点火時期の遅角に伴う燃費性能の悪化を抑制できる。

【0013】

前記構成において、エンジンの制御装置は、前記吸気通路を通って前記燃焼室に導入される吸気量を検出する第１検出手段と、前記排気通路を流通する排気ガスの酸素濃度である排気酸素濃度を検出する第２検出手段とをさらに備え、前記制御手段は、前記高負荷領域でエンジンが運転されているとき、検出された前記吸気量および前記排気酸素濃度に基づいて前記ＥＧＲ率を算出するとともに、算出した前記ＥＧＲ率から前記目標ＥＧＲ率を差し引くことにより前記ＥＧＲ率ずれ量を算出するのが好ましい（請求項２）。

【0015】

前記構成において、エンジンは、複数の前記気筒と、各気筒の燃焼室内の混合気にそれぞれ点火を行う複数の前記点火手段と、吸気を各気筒に分配するための吸気マニホールドとを備えていてもよく、前記ＥＧＲ通路は、前記吸気マニホールドの１か所に接続されていてもよい（請求項３）。

【0016】

また、本発明は、燃焼室が形成された気筒と、前記燃焼室に導入される吸気が流通する吸気通路と、前記燃焼室から排出される排気ガスが流通する排気通路と、前記排気通路を流通する排気ガスの一部がＥＧＲガスとして前記吸気通路に還流するように前記吸気通路と前記排気通路とを連通するＥＧＲ通路とを備え、ガソリンを含有する燃料が前記燃焼室に供給されて当該燃料と空気の混合気が前記燃焼室内で燃焼するエンジンを制御する装置であって、前記燃焼室内の混合気に点火を行う点火手段と、前記混合気の燃焼中に当該混合気を冷却するための冷媒を前記燃焼室内に噴射する冷媒噴射手段と、前記点火手段と前記冷媒噴射手段とを制御する制御手段とを備え、前記気筒の幾何学的圧縮比は１５以上に設定されており、前記制御手段は、エンジン負荷が所定の基準負荷以上の高負荷領域でエンジンが運転されているとき、前記混合気が圧縮上死点以降で燃焼を開始するように前記点火手段を制御するとともに、前記燃焼室内の全ガス量に対する前記ＥＧＲガス量の割合をＥＧＲ率として求めかつ当該ＥＧＲ率から既定の目標ＥＧＲ率を差し引いたＥＧＲ率ずれ量を算出し、算出したＥＧＲ率ずれ量が大きいほど前記冷媒噴射手段による前記冷媒の噴射量を多くする、ことを特徴とするエンジンの制御装置を提供する（請求項４）。

【0017】

この構成においても、気筒の幾何学的圧縮比は１５以上と高く且つ高負荷領域でエンジンが運転されていることで燃焼室内の温度が非常に高くなるときに、混合気が圧縮上死点以降で燃焼を開始するように点火手段が制御される。そのため、幾何学的圧縮比を１５以上として燃費性能を高めつつ、高負荷領域においてノッキングが発生するのを防止できる。また、高負荷領域でエンジンが運転されており、且つ、混合気が圧縮上死点以降で燃焼を開始するように点火手段が制御される運転条件下において、ＥＧＲ率ずれ量（ＥＧＲ率から目標ＥＧＲ率を差し引いた値）が大きいほど燃焼室内に噴射される冷媒の量が多くされて、ＥＧＲ率ずれ量が大きいほど冷媒によって燃焼室内の温度がより大きく低減される。そのため、ＥＧＲ率が高いときにノッキングの発生を確実に防止できるとともに、ＥＧＲ率が低いときには冷媒による燃焼室内の温度低下を抑制できて燃費性能の悪化を抑制できる。

【0018】

前記構成において、エンジンの制御装置は、前記吸気通路を通って前記燃焼室に導入される吸気量を検出する第１検出手段と、前記排気通路を流通する排気ガスの酸素濃度である排気酸素濃度を検出する第２検出手段とをさらに備え、前記制御手段は、前記高負荷領域でエンジンが運転されているとき、検出された前記吸気量および前記排気酸素濃度に基づいて前記ＥＧＲ率を算出するとともに、算出した前記ＥＧＲ率から前記目標ＥＧＲ率を差し引くことにより前記ＥＧＲ率ずれ量を算出するのが好ましい（請求項５）。

【0020】

前記構成において、エンジンは、複数の前記気筒と、各気筒の燃焼室内の混合気にそれぞれ点火を行う複数の前記点火手段と、吸気を各気筒に分配するための吸気マニホールドとを備えていてもよく、前記ＥＧＲ通路は、前記吸気マニホールドの１か所に接続されていてもよい（請求項６）。

【0021】

前記構成において、前記制御手段は、前記高負荷領域でエンジンが運転されており、且つ、前記冷媒噴射手段によって前記冷媒を前記燃焼室に噴射させるとき、前記燃焼室内で生じた熱発生量が１燃焼サイクル中に前記燃焼室内で生じる全熱発生量の１０％以上且つ５０％以下となる時期に前記冷媒が噴射されるように前記冷媒噴射手段を制御するのが好ましい（請求項７）。

【0022】

この構成によれば、冷媒によって効果的にノッキングを抑制することができる。

【0023】

前記構成において、前記高負荷領域でエンジンが運転されているときの目標ＥＧＲ率は、例えば、２０％以下とされる（請求項８）。

【発明の効果】

【0024】

以上説明したように、本発明のエンジンの制御装置によれば、ノッキングを防止しつつ燃費性能を良好にできる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明の一実施形態にかかるエンジンシステムの構成を示した図である。

【図2】エンジン本体の概略図である。

【図3】エンジンの制御系統を示すブロック図である。

【図4】制御マップを示した図である。

【図5】着火時期（燃焼開始時期）を変化させたときのノック強度を示したグラフである。

【図6】基本点火時期の設定手順を示したフローチャートである。

【図7】基本点火時期の補正手順を示したフローチャートである。

【図8】高速高負荷領域における燃料の噴射タイミングと点火タイミングと熱発生率の一例を示した図である。

【図9】冷媒噴射制御の流れを示したフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0026】

（１）エンジンの全体構成
図１は、本発明のエンジンの制御装置が適用されるエンジンシステムの構成を示す図である。本実施形態のエンジンシステムは、４ストロークのエンジン本体１と、エンジン本体１に燃焼用の空気を導入するための吸気通路２０と、エンジン本体１で生成された排気を排出するための排気通路３０とを備える。

【0027】

エンジン本体１は、例えば、４つの気筒２が図１の紙面と直交する方向に直列に配置された直列４気筒エンジンである。このエンジンシステムは車両に搭載され、エンジン本体１は車両の駆動源として利用される。本実施形態では、エンジン本体１は、ガソリンを含む燃料の供給を受けて駆動される。なお、燃料は、バイオエタノール等を含むガソリンであってもよい。

【0028】

エンジン本体１は、気筒２が内部に形成されたシリンダブロック３と、シリンダブロック３の上面に設けられたシリンダヘッド４と、気筒２に往復動（上下動）可能に嵌装されたピストン５とを有する。

【0029】

ピストン５の上方には燃焼室６が形成されている。燃焼室６はいわゆるペントルーフ型であり、シリンダヘッド４の下面で構成される燃焼室６の天井面は吸気側および排気側の２つの傾斜面からなる三角屋根状をなしている。ピストン５の冠面には、その中心部を含む領域をシリンダヘッド４とは反対側（下方）に凹ませたキャビティが形成されている。なお、ここでは、ピストン５の位置や混合気の燃焼状態によらず気筒２の内側空間のうちピストン５の冠面と燃焼室６の天井面との間の空間を、燃焼室６という。

【0030】

エンジン本体１の幾何学的圧縮比、つまり、ピストン５が下死点にあるときの燃焼室６の容積とピストン５が上死点にあるときの燃焼室６の容積との比は、燃費性能が高くなるように、１５以上２０以下（例えば１７程度）であってガソリンエンジンの幾何学的圧縮比としては高い値に設定されている。

【0031】

シリンダヘッド４には、吸気通路２０から供給される空気を気筒２（燃焼室６）内に導入するための吸気ポート９と、気筒２内で生成された排気を排気通路３０に導出するための排気ポート１０とが形成されている。これら吸気ポート９と排気ポート１０とは、気筒２毎にそれぞれ２つずつ形成されている。

【0032】

シリンダヘッド４には、各吸気ポート９の気筒２側の開口をそれぞれ開閉する吸気弁１１と、各排気ポート１０の気筒２側の開口をそれぞれ開閉する排気弁１２とが設けられている。

【0033】

シリンダヘッド４には、燃料を噴射するインジェクタ１４が設けられている。インジェクタ１４は、噴射口が形成された先端部が燃焼室６の天井面の中央付近に位置して燃焼室６の中央を臨むように取り付けられている。インジェクタ１４は、その先端に複数の噴口を有し、燃焼室の天井面の中央付近からピストン５の冠面に向かって、気筒２の中心軸を中心としたコーン状（詳しくはホローコーン状）に燃料を噴射するように構成されている。コーンのテーパ角（噴霧角）は、例えば９０°〜１００°である。なお、インジェクタ１４の具体的な構成はこれに限らず、単噴口のものであってもよい。

【0034】

インジェクタ１４は、不図示の高圧ポンプから圧送された燃料を燃焼室６内に噴射する。インジェクタ１４の噴射圧は、エンジン負荷が高くノッキングが発生しやすい領域では、３０ＭＰａ以上に高められ、インジェクタ１４から高圧で燃料が噴射される。なお、この噴射圧は、最大で７０ＭＰａ程度まで高められるのが好ましい。この場合は、エンジン前記の荷域において３０ＭＰａ〜７０Ｍａの範囲の噴射圧で燃料が噴射される。

【0035】

シリンダヘッド４には、燃焼室６内の混合気を点火するための点火プラグ（点火手段）１３が設けられている。点火プラグ１３の先端には、火花を放電して混合気を点火し混合気に点火エネルギーを付与する電極が形成されている。点火プラグ１３は、その先端が燃焼室６の天井面の中央付近に位置して燃焼室６の中央を臨むように配置されている。

【0036】

吸気通路２０には、上流側から順に、エアクリーナ２１と、吸気通路２０を開閉するためのスロットルバルブ２２とが設けられている。本実施形態では、エンジンの運転中、スロットルバルブ２２は基本的に全開もしくはこれに近い開度に維持されており、エンジンの停止時等の限られた運転条件のときにのみ閉弁されて吸気通路２０を遮断する。

【0037】

排気通路３０には、排気を浄化するための浄化装置３１が設けられている。浄化装置３１は、例えば、三元触媒を内蔵している。

【0038】

排気通路３０には、排気通路３０を通過する排気ガスつまり既燃ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路２０に還流するためのＥＧＲ装置４０が設けられている。ＥＧＲ装置４０は、吸気通路２０のうちスロットルバルブ２２よりも下流側の部分と排気通路３０のうち浄化装置３１よりも上流側の部分とを連通するＥＧＲ通路４１、および、ＥＧＲ通路４１を開閉するＥＧＲバルブ４２を有する。また、本実施形態では、ＥＧＲ通路４１に、これを通過するＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ４３が設けられており、ＥＧＲガスはＥＧＲクーラ４３にて冷却された後吸気通路２０に還流される。

【0039】

図２は、エンジン本体１の概略図である。この図２に示されるように、サージタンク２３からは各気筒２に対してそれぞれ独立吸気通路２４が延びている。吸気通路２０内の吸気は、これら独立吸気通路２４を介してサージタンク２３から各気筒２に分配される。より詳細には、サージタンク２３として機能する空間と独立吸気通路２４とが内側に形成された吸気マニホールド２００がエンジン本体１に連結されており、吸気はこの吸気マニホールド２００内で各気筒２に分配される。

【0040】

ＥＧＲ通路４１は、吸気通路２０のうち独立吸気通路２４よりも上流側の部分で吸気通路２０に接続されている。本実施形態では、吸気マニホールド２００の１か所に接続されている。これに伴い、ＥＧＲガスは吸気通路２０（吸気マニホールド２００）に導入された後に各気筒２に分配される。より詳細には、ＥＧＲ通路４１は、気筒配列方向についてサージタンク２３の一方側の端部（図２の例では第４気筒側の端部）に接続されている。ＥＧＲ通路４１を通過したＥＧＲガスは、各独立吸気通路２４を介してサージタンク２３から各気筒２に分配される。

【0041】

（２）制御系統
（２−１）システム構成
図３は、エンジンの制御系統を示すブロック図である。本実施形態のエンジンシステムは、ＰＣＭ（パワートレイン・コントロール・モジュール、制御手段）１００によって統括的に制御される。ＰＣＭ１００は、周知のとおり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されるマイクロプロセッサである。

【0042】

車両には各種センサが設けられており、ＰＣＭ１００はこれらセンサと電気的に接続されている。例えば、シリンダブロック３には、エンジン回転数を検出するクランク角センサＳＮ１が設けられている。また、吸気通路２０には、これを通って各気筒２に吸入される空気量を検出するエアフローセンサＳＮ２（第１検出手段）が設けられている。また、シリンダヘッド４には、燃焼室６内の圧力を検出する筒内圧センサＳＮ３が設けられている。筒内圧センサＳＮ３は、各気筒２にそれぞれ１つずつ設けられている。また、排気通路３０には、排気通路３０を流通する排気ガスの酸素濃度である排気酸素濃度を検出するための排気Ｏ２センサＳＮ４（第２検出手段）が設けられている。また、車両には、運転者により操作される図外のアクセルペダルの開度（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサＳＮ５が設けられている。

【0043】

ＰＣＭ１００は、これらセンサＳＮ１〜ＳＮ５等からの入力信号に基づいて種々の演算を実行して、点火プラグ１３、インジェクタ１４、スロットルバルブ２２、ＥＧＲバルブ４２等のエンジンの各部を制御する。

【0044】

（２−２）基本制御
図４は、横軸をエンジン回転数、縦軸をエンジン負荷とした制御マップである。

【0045】

本実施形態では、エンジン回転数が基準回転数Ｎ１未満の領域では、点火アシストによる圧縮自着火燃焼（ＳＰＣＣＩ燃焼、ＳＰＣＣＩ：ＳＰａｒｋ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ）が実施される。圧縮自着火燃焼では、まず、圧縮上死点（ＴＤＣ）よりも前にインジェクタ１４から燃焼室６内に燃料が噴射される。この燃料は圧縮上死点付近までに空気と混合する。燃焼室６に形成されたこの混合気に、圧縮上死点付近において点火プラグ１３から放電が行われる。これにより、点火プラグ１３周りの混合気が強制的に着火される。そして、点火プラグ１３周りから周囲に火炎が伝播していき、周囲の混合気が昇温されて自着火する。

【0046】

一方、エンジン回転数が基準回転数Ｎ１以上の領域では、混合気を所望の時期に自着火させることが困難になるため、通常のガソリンエンジンにおいて採用されるＳＩ燃焼（火花点火燃焼、ＳＩ：Ｓｐａｒｋ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ）が実施される。ＳＩ燃焼は、混合気のほぼ全体を火炎伝播によって燃焼させる燃焼形態であり、圧縮上死点付近において点火プラグ１３から放電が行われて、点火プラグ１３周りの混合気が強制的に着火される。そして、点火プラグ１３周りから周囲に火炎が伝播していき、残りの混合気が火炎伝播によって強制的に燃焼する。ＳＩ燃焼においても、燃料は、圧縮上死点（ＴＤＣ）よりも前にインジェクタ１４から燃焼室６内に噴射される。

【0047】

全負荷（アクセル開度が全開とされる領域）では、要求されるエンジントルクに対応する多量の空気を燃焼室６に導入するためにＥＧＲバルブ４２は全閉とされる。一方、燃焼速度および燃焼温度を低下させてＮＯｘの低減を図るべく、全負荷を除く領域の全域では、ＥＧＲバルブ４２が開弁されて燃焼室６内にＥＧＲガスが導入される。すなわち、ＥＧＲガスは既燃ガスであり空気に比べて比熱が大きいため、ＥＧＲガスを燃焼室６内に導入すれば混合気の燃焼速度を低下させて燃焼温度を低くでき、これによりＮＯｘを低減できる。

【0048】

ＰＣＭ１００は、エンジンの運転状態に基づいて、燃焼室６内の全ガス量に対する既燃ガス量（ＥＧＲガス量）の割合であるＥＧＲ率の目標値を設定し、このＥＧＲ率が実現されるようにＥＧＲバルブ４２の開度を変更する。本実施形態では、エンジン回転数とエンジン負荷とについてＥＧＲ率の目標値である目標ＥＧＲ率が予め設定されてマップで記憶されており、ＰＣＭ１００は、このマップから目標ＥＧＲ率を抽出する。本実施形態では、後述する高速高負荷領域Ａ１の各運転ポイントの目標ＥＧＲ率は２０％以下の値に設定されている。

【0049】

吸気弁１１の開閉時期は、少なくとも後述する高速高負荷領域Ａ１を含みエンジン負荷が高い領域では、有効圧縮比が幾何学的圧縮比との差が２以下となるように設定されている。

【0050】

このように、幾何学的圧縮比および有効圧縮比が高い値に設定されていることで、エンジン負荷が高く且つエンジン回転数が高い領域では、圧縮端温度・圧力が非常に高くなる。そのため、この領域で燃焼を圧縮上死点前に開始させると、ノッキングが生じたり燃焼時の筒内圧が過度に高くなる。そこで、ＰＣＭ１００は、エンジン負荷が高く且つエンジン回転数が高い領域では、混合気が圧縮上死点以降で燃焼を開始するように制御する。具体的には、ＰＣＭ１００は、エンジン回転数が基準回転数Ｎ１以上でＳＩ燃焼が行われる領域のうちエンジン負荷が基準負荷Ｔｑ１以上の領域において、点火時期を混合気が圧縮上死点以降で燃焼を開始する時期に設定する。

【0051】

（２−３）ノック回避用点火制御
次に、エンジン回転数が基準回転数Ｎ１以上且つエンジン負荷が基準負荷Ｔｑ１以上で全負荷を除く高速高負荷領域Ａ１にて実施されるノック回避用点火制御について説明する。

【0052】

（ノック回避用点火制御の概要）
高速高負荷領域Ａ１でエンジンが運転されているときは、前記のように、圧縮端温度・圧力が非常に高くなることで、ノッキングが発生しやすい。点火時期を遅角側の時期とすれば、燃焼を緩慢にしてノッキングの発生を防止できる。しかし、点火時期を遅角側の時期にすると要求されているエンジントルクを得られない（燃費性能が悪化する）。

【0053】

高速高負荷領域Ａ１においてより高いエンジントルクを得ることができ且つノッキングの発生を防止できる点火時期について調べた結果、本願発明者らは、ノック強度とＥＧＲ率とに高い相関があることを突き止めた。ノック強度とは、筒内圧波形に含まれる所定の周波数以上の波形の振幅の最大値である。なお、本実施形態および請求項において、ノッキングが発生するというのは、ノッキングが厳密に発生するということに限らず、ノック強度がエンジンの信頼性の観点から許容される許容値よりも高いということも含む。

【0054】

具体的には、前記のように、ＥＧＲ率が高い方が混合気の燃焼温度は低くなる。そのため、ＥＧＲ率が高いときの方が低いときよりもノッキングを抑制できるのと推測された。実際に、混合気が圧縮上死点よりも前に開始する燃焼形態ではＥＧＲ率が高い方がノッキングは発生しにくい。ところが、図５に示すように、混合気の燃焼を圧縮上死点以降で開始させたときには、ＥＧＲ率が高い場合の方が低い場合よりもノック強度が高くなりノッキングが生じやすいことが分かった。図５は、着火時期（燃焼開始時期）を変化させたときのノック強度を示したグラフであって、図のＸ１はＥＧＲ率が１０％程度のときのノック強度、図のＸ２はＥＧＲ率が０％のときのノック強度である。

【0055】

前記現象が生じるのは、次の理由によると考えられる。すなわち、圧縮上死点を過ぎると、ピストン５の低下に伴って燃焼室６内のガスは膨張して降温する。しかし、比熱の大きいＥＧＲガスが多量に燃焼室６内に存在していると、降温量が少なく抑えられて燃焼室６内の温度は高く維持される。これより、混合気の燃焼を圧縮上死点以降で開始させたときは、ＥＧＲ率が高い方がノッキングが発生しやすくなる、また、ノック強度が高くなると考えられる。特に、燃焼の開始時期が圧縮上死点後１０°ＣＡ程度〜２０°ＣＡ程度においてＥＧＲ率が高い方が燃焼室６内の温度は高くなりやすい。

【0056】

ここで、各気筒２に導入されるＥＧＲガスの量は均一ではなく、各気筒２のＥＧＲガス量ひいてはＥＧＲ率は気筒間でばらつく。特に、本実施形態では、前記のように、ＥＧＲ通路４１がサージタンク２３の気筒配列方向の一方端に接続されていることで、ＥＧＲ率（ＥＧＲガス量）の気筒間のばらつきは大きくなる。具体的には、気筒配列方向の一方側の気筒２の方が他方側の気筒２よりもＥＧＲ率（ＥＧＲガス量）は大きくなりやすい。そのため、ノッキングの発生を防止可能な範囲で最も進角側の点火時期、つまり、ノッキングを発生させることなく高いエンジントルクを得ることのできる点火時期は、各気筒２で異なる。

【0057】

そこで、本実施形態では、各気筒２のＥＧＲ率の比率を学習し、これに基づいて、高速高負荷領域Ａ１の各運転ポイントについて、気筒２毎にその基本的な点火時期である基本点火時期を設定する。高速高負荷領域Ａ１において、各気筒２で、それぞれ設定された前記の基本点火時期で点火を行えば、基本的に、ノッキングを発生させることなく高いエンジントルクを得ることが可能になる。

【0058】

ただし、車両の加速等に伴ってエンジンの運転ポイントが変化したときは、ＥＧＲガスの遅れに伴って実際のＥＧＲ率がその運転ポイントで実現されるべき値つまり目標ＥＧＲ率からずれる場合がある。そして、この場合は、点火時期を前記の基本点火時期としても、ノッキングが生じるおそれ、または、エンジントルクが目標値よりも低くなるおそれがある。

【0059】

そこで、本実施形態では、実際のＥＧＲ率と目標ＥＧＲ率とがずれているときは、ＥＧＲ率が高いときの方が低いときよりも点火時期が遅角側となるように基本点火時期を補正する。

【0060】

（基本点火時期の設定）
図６のフローチャートを用いて、基本点火時期の設定の詳細を説明する。

【0061】

ＰＣＭ１００は、ステップＳ１において、エンジンの各種情報を読み込む。例えば、エンジン回転数、アクセル開度、吸気量、排気酸素濃度等を読み込む。

【0062】

ステップＳ１の後はステップＳ２に進む。ステップＳ２では、ＰＣＭ１００は、吸気量と、吸気に含まれる二酸化炭素の量から、各気筒２のＥＧＲ率の平均値（以下、平均ＥＧＲ率という）を算出する。前記の二酸化炭素の量は、吸気量と排気酸素濃度等から求められる。

【0063】

ステップＳ２の後は、ステップＳ３に進む。ステップＳ３では、ＰＣＭ１００は、エンジン回転数から、各気筒２の燃焼行程で生じるエンジントルクをそれぞれ算出する。

【0064】

ステップＳ３の後は、ステップＳ４に進む。ステップＳ４では、ＰＣＭ１００は、ステップＳ２で算出した平均ＥＧＲ率、ステップＳ３で算出した各気筒２のエンジントルク、吸気量に基づいて各気筒２のＥＧＲ率をそれぞれ推定する。例えば、エンジントルクが大きい方がＥＧＲ率は小さいと推定する。

【0065】

ステップＳ４の後は、ステップＳ５に進む。ステップＳ５では、ステップＳ４で推定した各気筒のＥＧＲ率から、各気筒２に分配されるＥＧＲガス量の比率つまり各気筒のＥＧＲ率の比率（以下、ＥＧＲ率の気筒間比率という）を算出する。ここで、各気筒２に分配されるＥＧＲガス量の比率は、エンジン回転数およびエンジン負荷によらず一定であり、ステップＳ１〜Ｓ５は、エンジンの始動後等において１回行われればよい。

【0066】

ステップＳ５の後は、ステップＳ６に進む。ステップＳ６では、ＰＣＭ１００は、予め設定されて記憶している高速高負荷領域Ａ１の各運転ポイントの初期点火時期を、ステップＳ５で算出したＥＧＲ率の気筒間比率を用いて補正して、各気筒２の基本点火時期を算出する。このとき、ＰＣＭ１００は、ＥＧＲ率の比率が大きく分配されるＥＧＲガス量の比率が大きい気筒２の方が小さい気筒２よりも、すなわち、ＥＧＲ率が大きい気筒２の方が小さい気筒２よりも、基本点火時期が遅角側の時期となるように基本点火時期を設定する。

【0067】

本実施形態では、ＰＣＭ１００には、エンジン回転数とエンジン負荷とについて予め設定された初期点火時期のマップが記憶されている。ステップＳ６では、ＰＣＭ１００は、このマップのうち高速高負荷領域Ａ１の初期点火時期の各値をそれぞれＥＧＲ率の気筒間比率を用いて補正して、各気筒について、エンジン回転数とエンジン負荷とに対する基本点火時期のマップを作成する。

【0068】

このようにして、本実施形態では、ＥＧＲ率の気筒間ばらつきに対応するＥＧＲ率の気筒間比率が学習されて、高速高負荷領域Ａ１における各気筒２の基本点火時期が、ＥＧＲ率が大きい気筒２の方が小さい気筒２よりも遅角側となるようにそれぞれ設定される。

【0069】

（基本点火時期の補正）
図７のフローチャートを用いて、基本点火時期の補正の詳細を説明する。

【0070】

ＰＣＭ１００は、ステップＳ１０において、エンジンの各種情報を読み込む。例えば、エンジン回転数、アクセル開度、吸気量、排気酸素濃度等を読み込む。また、ＰＣＭ１００は、別途エンジン回転数等に基づいて設定した目標ＥＧＲ率を読み込む。

【0071】

ステップＳ１０の後はステップＳ１１に進む。ステップＳ１１では、ＰＣＭ１００は、高速高負荷領域Ａ１でエンジンが運転されているか否かを判定する。この判定がＮＯであって高速高負荷領域Ａ１でエンジンが運転されていないときは、ステップＳ１６に進む。ステップＳ１６では、ＰＣＭ１００は、前記の初期点火時期のマップから現在のエンジン回転数およびエンジン負荷に対応する初期点火時期を抽出し、この初期点火時期に点火プラグ１３によって点火を行わせる。

【0072】

一方、ステップＳ１１の判定がＹＥＳであって高速高負荷領域Ａ１でエンジンが運転されている場合は、ステップＳ１２に進む。ステップＳ１２では、ＰＣＭ１００は、排気酸素濃度や吸気量等に基づいて平均ＥＧＲ率を算出する。

【0073】

ステップＳ１２の後はステップＳ１３に進む。ステップＳ１３では、ＰＣＭ１００は、平均ＥＧＲ率から目標ＥＧＲ率を差し引いてこれらの差（以下、ＥＧＲ率ずれ量という）を算出する。

【0074】

ステップＳ１３の後は、ステップＳ１４に進む。ステップＳ１４では、ＰＣＭ１００は、ステップＳ１３で算出したＥＧＲ率ずれ量に基づいて各気筒２の基本点火時期をそれぞれ補正して、各気筒２について補正後点火時期を算出する。このとき、ＥＧＲ率ずれ量が大きいときの方が小さいときよりも補正後点火時期が遅角側となるように基本点火時期を補正する。

【0075】

具体的には、ＥＧＲ率ずれ量が０より大きく、平均ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも大きいときは、各気筒２の基本点火時期よりも遅角側の時期を補正後点火時期とする。そして、この遅角量（基本点火時期に対する補正後点火時期の遅角量）をＥＧＲ率ずれ量が大きいほど大きくする。例えば、ＰＣＭ１００は、予め設定されてＰＣＭ１００に記憶されているＥＧＲ率ずれ量と前記の遅角量とのマップから、ステップＳ１３で算出されたＥＧＲ率ずれ量に対応する遅角量を抽出して、各気筒の基本点火時期からこの遅角量だけ遅角させた時期を補正後点火時期に設定する。

【0076】

また、ＥＧＲ率ずれ量が０より小さく、平均ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも小さいときは、各気筒の基本点火時期よりも進角側の時期を補正後点火時期とする。そして、この進角量（基本点火時期に対する補正後点火時期の進角量）をＥＧＲ率ずれ量の絶対値が大きいほど大きくする。例えば、ＰＣＭ１００は、予め設定されてＰＣＭ１００に記憶されているＥＧＲ率ずれ量の絶対値と前記の進角量とのマップから、ステップＳ１３で算出されたＥＧＲ率ずれ量に対応する進角量を抽出して、各気筒の基本点火時期からこの進角量だけ進角させた時期を補正後点火時期に設定する。

【0077】

ステップＳ１４の後は、ステップＳ１５に進む。ＰＣＭ１００は、ステップＳ１５において、点火プラグ１３にステップＳ１５で設定した補正後点火時期に点火を行わせて、処理を終了する（ステップＳ１０に戻る）。

【0078】

（３）作用等
以上のように、本実施形態では、気筒の幾何学的圧縮比が１５以上と高い値に設定されたガソリンエンジンにおいて、高速高負荷領域Ａ１でエンジンが運転されているときに、混合気が圧縮上死点以降で燃焼を開始するように点火プラグ１３を制御する。そのため、燃焼室６内の温度・圧力が過剰に高くなることおよびノッキングが発生するのを抑制できる。

【0079】

さらに、高速高負荷領域Ａ１でエンジンが運転されているときに、ＥＧＲ率が高い気筒２の方が低い気筒２よりも点火時期が遅くされる。そのため、各気筒２の点火時期をそれぞれＥＧＲ率に応じた適切な点火時期、すなわち、エンジントルクを高くしつつノッキングを回避できる点火時期にできる。従って、ノッキングを抑制しつつ燃費性能を高めることができる。

【0080】

また、高速高負荷領域Ａ１でエンジンが運転されているときに、ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率からずれた場合において、各気筒２の点火時期がＥＧＲ率が高いときの方が低いときよりも遅くされる。そのため、ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率からずれても、各気筒２の点火時期を、ＥＧＲ率に応じた適切な点火時期、すなわち、エンジントルクを高くしつつノッキングを回避できる点火時期にできる。従って、ノッキングを抑制しつつ燃費性能を高めることができる。

【0081】

（４）第２実施形態
前記実施形態では、高速高負荷領域Ａ１でエンジンが運転されているときに、ＥＧＲ率が高いときの方が低いときよりも点火時期を遅角側の時期とすることで、エンジントルクを確保しつつ（燃費性能を高めつつ）ノッキングを防止するようにした。この構成に代えて、高速高負荷領域Ａ１でエンジンが運転されているときに、ＥＧＲ率によって点火時期を変更する制御は実施せず、ノック回避のための制御として、混合気の燃焼中に混合気を冷却するための冷媒を燃焼室６内に噴射する冷媒噴射制御を実施し、この冷媒の量をＥＧＲ率によって変更することでエンジントルクを確保しつつ（燃費性能を高めつつ）ノッキングを防止するように構成してもよい。この構成に係る第２実施形態について次に説明する。

【0082】

第２実施形態では、前記冷媒として燃料が用いられて、これを燃焼室６内に噴射する冷媒噴射手段としてインジェクタ１４が用いられる。これより、第２実施形態のエンジンの全体構成および制御系のシステム構成は、前述の（１）で説明した第１実施形態のエンジンの全体構成および（２−１）で説明した制御系のシステム構成と同じとされる。また、第２実施形態においても、（２−２）で説明した基本制御が実施される。

【0083】

一方、第２実施形態では、第１実施形態に係る、ＥＧＲ率の気筒間比率に基づいて各気筒の基本点火時期を設定する制御、および、基本点火時期の補正制御は実施されない。そして、第２実施形態では、前記のように、冷媒噴射制御が実施される。

【0084】

図８は、高速高負荷領域Ａ１でエンジンが運転されているときの燃料の噴射タイミングと点火タイミングと熱発生率の一例を示した図である。図８の実線に示すように、例えば、この領域Ａ１では、冷媒噴射制御が実施されない通常時は、吸気行程の後期に１回だけ燃料噴射Ｑ１が実施される。そして、圧縮上死点の近傍において（図８の例では圧縮上死点で）点火プラグ１３により混合気に点火が行われる。燃料噴射Ｑ１は、要求されるエンジントルクを実現するためのメイン噴射であり、この噴射量は、基本的に、エンジントルクの要求値に対応する量とされる。

【0085】

これに対して、冷媒噴射制御が実施されたときは、図８の破線に示すように、メイン噴射Ｑ１に係る燃料の燃焼が開始した後に、追加噴射Ｑ２が実施される。なお、この燃焼は、高温酸化反応のことであり、追加噴射Ｑ２は高温酸化反応が開始した後に実施される。

【0086】

燃焼中の混合気に対して燃料が噴射されると、混合気の温度が低下してノッキングの発生は抑制される。特に、本実施形態では、高圧で燃料が噴射されることでノッキングの発生が効果的に抑制される。具体的には、ノッキングは、燃焼室６内において局所的に混合気が高温となることで発生する。これに対して、本実施形態では、混合気に高圧で燃料が噴射されるため、混合気を撹拌することができ局所的な高温場を消滅させることができる。

【0087】

また、本願発明者らは、この追加噴射Ｑ２を、メイン噴射Ｑ１によって生じる全熱発生量のうちの１０％以上且つ５０％以下の量の熱発生が生じたときに実施すると、最も効果的にノッキングの発生を抑制することができることを突き止めた。これより、追加噴射Ｑ２の実施時期は、基本的に、メイン噴射Ｑ１によって生じる全熱発生量のうちの１０％以上且つ５０％以下の量の熱発生が生じているとき（以下、適宜、最適追加噴射時期という）とされる。例えば、メイン噴射Ｑ１によって生じる全熱発生量のうちの２０％程度の量の熱発生が生じたときに、追加噴射Ｑ２が実施される。具体的には、熱発生の割合が前記のようになるタイミングが予め実験等により求められてＰＣＭ１００に記憶されており、ＰＣＭ１００は、この予め設定されたタイミングで追加噴射Ｑ２を実施する。

【0088】

追加噴射Ｑ２の噴射量（追加噴射Ｑ２によって燃焼室６に噴射される燃料の量）は、メイン噴射Ｑ１の量に比べて十分に少なく設定されている。本実施形態では、追加噴射Ｑ２の量は、メイン噴射Ｑ１の噴射量と追加噴射Ｑ２の噴射量とを合わせた量つまり１燃焼サイクルで燃焼室６に噴射される燃料の総量の１０％以下の量に設定されている。例えば、追加噴射Ｑ２の噴射量は、燃料の総量の５％程度に設定されている。

【0089】

図９は、冷媒噴射制御の流れを示したフローチャートである。

【0090】

まず、ステップＳ３０にて、ＰＣＭ１００は、エンジンの各種情報を読み込む。例えば、エンジン回転数、アクセル開度、吸気量等を読み込む。

【0091】

次に、ステップＳ３１にて、ＰＣＭ１００は、第１実施形態と同様の手順で求めた平均ＥＧＲ率が、第１実施形態と同様の手順で求めた目標ＥＧＲ率より大きいか否かを判定する。この判定がＮＯであって平均ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ以下のときは、そのまま処理を終了する（ステップＳ３１に戻る）。一方、この判定がＹＥＳであって平均ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率より大きいときは、ステップＳ３２に進む。

【0092】

ステップＳ３２では、ＰＣＭ１００は、平均ＥＧＲ率から目標ＥＧＲ率を差し引いてＥＧＲ率ずれ量を算出する。

【0093】

ステップＳ３２の後はステップＳ３３に進む。ステップＳ３３では、ＰＣＭ１００は、ＥＧＲ率ずれ量に基づいて追加噴射Ｑ２の噴射量を決定する。このとき、ＥＧＲ率ずれ量が大きいほど、つまり、平均ＥＧＲ率が大きいほど、追加噴射Ｑ２の噴射量を多くする。

【0094】

ステップＳ３３の後はステップＳ３４に進む。ステップＳ３４では、ＰＣＭ１００は、追加噴射Ｑ２を実施する。このとき、ＰＣＭ１００は、追加噴射Ｑ２の噴射量をステップＳ３３で決定した噴射量にする。ステップＳ３４の後は処理を終了する（ステップＳ３１に戻る）。

【0095】

ここで、第２実施形態では、各気筒２について追加噴射Ｑ２の噴射量は同一とされ、各気筒２の燃焼室６内にステップＳ３３で決定した量の燃料がそれぞれ追加噴射Ｑ２によって噴射される。

【0096】

（第２実施形態の作用等）
前記のように、第２実施形態では、平均ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも大きいときに、追加噴射Ｑ２を実施する。従って、実際のＥＧＲ率が、目標値つまり予め適正な値として設定されたＥＧＲ率よりも高く、ノッキングが発生しやすいときに、追加噴射Ｑ２が実施される。そのため、ノッキングの発生をより確実に防止できる。

【0097】

そして、第２実施形態では、追加噴射Ｑ２を実施する場合において、追加噴射Ｑ２の噴射量が平均ＥＧＲ率つまり実際のＥＧＲ率が高いときの方が低いときよりも多くされる。そのため、実際のＥＧＲ率が高くノッキングが発生しやすい（ノック強度が高くなりやすい）ときに、多量の燃料を噴射して混合気の温度を低下させてノッキングをより確実に防止できる。また、実際のＥＧＲ率が比較的低くノッキングが発生しにくい（ノック強度が低く抑えられやすい）ときに、追加噴射Ｑ２の噴射量を少なく抑えて追加噴射Ｑ２による燃焼室６内の温度低下ひいてはエンジントルクの低下および燃費性能の大幅な悪化を抑制することができる。

【0098】

（５）第３実施形態
前記第２実施形態では、平均ＥＧＲ率と目標ＥＧＲ率との差に応じて追加噴射Ｑ２の噴射量を決定し、各気筒２の燃焼室６内に同一量の燃料を追加噴射Ｑ２によって噴射する場合について説明した。これに代えて、第１実施形態と同様に、ＥＧＲ率の気筒間比率を算出し、このＥＧＲ率の気筒間比率と平均ＥＧＲ率とに基づいて各気筒２の実際のＥＧＲ率を推定し、各気筒２の追加噴射Ｑ２の噴射量を、それぞれ個別に、各気筒２の実際のＥＧＲ率と目標ＥＧＲ率との差に応じて決定してもよい。そして、このときには、各気筒２の実際のＥＧＲ率が大きいときの方が低いときよりも各気筒の追加噴射Ｑ２の噴射量を多くする。

【0099】

この構成によれば、各気筒２に、それぞれ実際のＥＧＲ率に応じた適切な量の燃料を追加噴射Ｑ２によって噴射することができ、より一層確実にノッキングを防止できるとともに燃費性能の悪化をより一層確実に抑制できる。

【0100】

（第３実施形態の変形例）
また、前記構成に代えて、別途設けたノック強度を推定する手段によってノック強度を推定し、この推定値に基づいて追加噴射Ｑ２の噴射量の基本値を決定し、この基本値とＥＧＲ率の気筒間比率（各気筒に分配されるＥＧＲガス量の比率）とから、各気筒の追加噴射Ｑ２の噴射量をそれぞれ個別に決定してもよい。ただし、このときにも、ＥＧＲ率が大きい気筒２の方が追加噴射Ｑ２の噴射量が多くなるようにする。

【0101】

（６）変形例
前記第２、第３実施形態では、ノック回避のための制御として、メイン噴射Ｑ１の後に燃焼室６に燃料を噴射する追加噴射Ｑ２を実施する場合について説明したが、燃料の代わりに、混合気の温度を低減可能な他の冷媒を燃焼室６内に供給する構成としてもよい。この冷媒としては、水や排気ガスの一部が挙げられる。ただし、燃料を噴射する構成とすれば、インジェクタ１４を利用してノック回避のための制御を実施することができるため、他の冷媒を噴射するための装置を別途設ける必要がなく、構造を簡素化できる。

【0102】

また、前記第２実施形態では、追加噴射Ｑ２の噴射量（追加噴射によって燃焼室６に供給される燃料の量）を１サイクル中に燃焼室６に供給される燃料の総量の１０％以下とした場合について説明したが、追加噴射Ｑ２の噴射量は１０％より大きくしてもよい。

【0103】

ただし、追加噴射Ｑ２の噴射量が多くなると、この燃料の気化に伴って燃焼室６内の温度が大幅に低下するおそれがある。また、燃料と空気との混合が不十分となりスモークが生じやすい。そのため、追加噴射Ｑ２によって燃焼室６に供給される燃料の量は、前記のように設定されるのが好ましい。

【0104】

また、前記実施形態では、ＥＧＲ率の気筒間比率（各気筒に分配されるＥＧＲガス量の比率）を、各気筒の燃焼行程で生じるエンジントルクおよび吸気量等に基づいて算出した場合について説明した。これに代えて、各気筒に導入される吸気の酸素濃度あるいは二酸化炭素濃度をそれぞれ個別に測定して、この測定値に基づいて前記ＥＧＲ率の気筒間比率を算出してもよい。例えば、各気筒に連通する独立吸気通路２４にそれぞれ前記濃度を検出可能なセンサを設ける。

【0105】

前記実施形態では、エンジン回転数が基準回転数Ｎ１未満の領域ではＳＰＣＣＩ燃焼を実施し、エンジン回転数が基準回転数Ｎ１以上の領域ではＳＩ燃焼を実施し、エンジン回転数が基準回転数Ｎ１以上且つエンジン負荷が基準負荷Ｔｑ１以上で全負荷を除く高速高負荷領域Ａ１でのみノック回避用点火制御を実施した場合について説明したが、エンジン回転数が基準回転数Ｎ１未満において少なくともエンジン負荷が高い領域においてＳＩ燃焼を実施する場合等では、この領域においてもノック回避用点火制御を実施してもよい。また、全負荷領域においても、ノック回避用点火制御を実施してもよい。すなわち、エンジン負荷が基準負荷Ｔｑ１以上の高負荷領域Ａの全体でノック回避用点火制御を実施してもよい。

【符号の説明】

【0106】

１ エンジン本体
２ 気筒
６ 燃焼室
１３ 点火プラグ（点火手段）
４１ ＥＧＲ通路
１４ インジェクタ（冷媒噴射手段）
１００ ＰＣＭ（制御手段）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】