特許 6848919 エンジンの制御方法および制御装置

(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】6848919

(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】エンジンの制御方法および制御装置

(51)【国際特許分類】

   F02D 45/00 20060101AFI20210315BHJP

   F02D 19/12 20060101ALI20210315BHJP

   F02D 41/22 20060101ALI20210315BHJP

【ＦＩ】

   F02D45/00 368A

   F02D45/00 368S

   F02D19/12 A

   F02D41/22

【請求項の数】3

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2018-64934(P2018-64934)

(22)【出願日】2018年3月29日

(65)【公開番号】特開2019-173703(P2019-173703A)

(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

【審査官】 戸田 耕太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−１１６４６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−１４５８０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−０６６７５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１９−１３２２４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１９−１３２２４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１８−１８４８６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２４６７８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平３−９２７４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−６５４６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−２３０５５４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｄ ４５／００

Ｆ０２Ｄ １９／１２

Ｆ０２Ｄ ４１／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガソリンを含有する燃料と空気との混合気が燃焼する気筒と、当該気筒内の圧力である筒内圧を検出する検出手段とを含むエンジンを制御する方法であって、
圧縮行程後期から膨張行程初期までの特定期間中に前記検出手段により検出される筒内圧に基づいて、前記特定期間の一部である第１期間中の熱発生率の増加量を算出する第１算出工程と、
前記特定期間中の前記筒内圧に基づいて、前記特定期間に含まれかつ前記第１期間よりも遅角側に設定された第２期間中の筒内圧の上昇量を算出する第２算出工程と、
前記第１算出工程で算出された熱発生率の増加量が基準増加量以上であるという第１の条件が成立した場合に、前記気筒内の温度を低下させるための冷媒を前記気筒に供給するノック抑制工程とを含み、
前記ノック抑制工程は、
前記第１の条件が成立するのに応じて前記冷媒の供給を開始する第１ステップと、
前記第１ステップの実施後、前記第２算出工程で算出された筒内圧の上昇量が基準圧力上昇量以上であるという第２の条件が成立した場合に前記冷媒の供給を既定の終了時期まで継続し、当該第２の条件が成立しなかった場合に前記終了時期よりも前に前記冷媒の供給を停止する第２ステップとを含む、ことを特徴とするエンジンの制御方法。

【請求項2】

請求項１に記載のエンジンの制御方法において、
前記エンジンは、前記気筒に燃料を噴射するインジェクタを備え、
前記インジェクタは、圧縮上死点よりも前に燃料を噴射するメイン噴射を少なくとも実施し、
前記ノック抑制工程により前記気筒に供給される冷媒は、前記メイン噴射よりも後に前記インジェクタから追加で噴射される燃料である、ことを特徴とするエンジンの制御方法。

【請求項3】

ガソリンを含有する燃料と空気との混合気が燃焼する気筒を備えたエンジンの制御装置であって、
前記気筒内の圧力である筒内圧を検出する検出手段と、
前記気筒内の温度を低下させるための冷媒を前記気筒内へ供給する冷媒供給手段と、
前記冷媒供給手段を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
圧縮行程後期から膨張行程初期までの特定期間中に前記検出手段により検出される筒内圧に基づいて、前記特定期間の一部である第１期間中の熱発生率の増加量を算出し、当該熱発生率の増加量が基準増加量以上であるという第１の条件が成立するのに応じて前記冷媒供給手段に前記冷媒の供給を開始させるとともに、
前記特定期間中の前記筒内圧に基づいて、前記特定期間に含まれかつ前記第１期間よりも遅角側に設定された第２期間中の筒内圧の上昇量を算出し、当該筒内圧の上昇量が基準圧力上昇量以上であるという第２の条件が成立すると前記冷媒の供給が既定の終了時期まで継続され、当該第２の条件が成立しなかった場合には前記終了時期よりも前に前記冷媒の供給が停止されるように、前記冷媒供給手段を制御する、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、ガソリンを含有する燃料と空気との混合気が燃焼する気筒を備えたエンジンの制御方法および制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、エンジンの分野では、エンジン負荷が高いとき等に局所的にノッキングという異常燃焼が発生する場合があることが知られている。ノッキングは、気筒内の圧力高いノッキングノッキングが発生するのを防止するための種々の対策が行われている。具体的には、エンジン負荷が高く燃焼室内の温度が高い条件では、主たる燃焼とは別に燃焼室の外周部等において燃料と空気との混合気が自着火燃焼し、高い圧力波が生じてノッキングつまりシリンダやピストンの振動が生じる。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が損傷するおそれがあり、これ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ノックセンサを設け、ノックセンサによってノッキングが検出されると点火時期を遅角して、ノッキングの発生を回避するように構成された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】

ノックセンサを用いてノッキングを検出する方法では、ノッキングが生じてはじめてノッキングが生じやすい運転状態にあることが判明する。そのため、ノッキングが連続して発生することしか回避できず、ノッキングの発生自体を防止することはできない。つまり、ノッキングの発生を充分に抑制することができない。

【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、ノッキングをより確実に抑制することが可能なエンジンの制御方法および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、本願発明者らは、鋭意研究の結果、混合気の燃焼が開始する前つまり高温酸化反応が開始する前に低温酸化反応が生じたときは、ノッキングが生じる可能性が非常に高いことを突き止めた。

【0008】

低温酸化反応とは、冷却損失を上回るわずかな発熱を伴う反応であり、燃焼室（気筒）内の温度が高いときに、酸素ラジカル等によって、燃料を構成する炭化水素から水素が引き抜かれることで開始する反応である。低温酸化反応は、火炎を生じさせながら高い熱エネルギーを発する反応である高温酸化反応が開始される前、つまり、いわゆる燃焼が開始される前に、生じる。ノッキングが生じるのも燃焼室内の温度が高いときである。従って、上記のように、混合気が低温酸化反応したときに、その後、ノッキングが生じるのは、燃焼室内の温度が高い状態にあることに起因していると考えられる。

【0009】

ここで、前記のように、低温酸化反応は、混合気の燃焼が開始する前であってノッキングが生じる時期よりも十分に早い時期に生じる。従って、低温酸化反応の発生度合を表す低温酸化反応レベルに基づいてノッキングの発生を予測すれば、ノッキングの発生の予測をノッキングが発生する時期に対して十分に早い時期に実施することが可能になる。

【0010】

一方、低温酸化反応レベルが高ければ非常に高い確率でノッキングが生じるものの、低温酸化反応レベルが高いときであってもノッキングが生じないときがあること、および、低温酸化反応レベルが低いもかかわらずノッキングが生じるときがあるという知見を得た。これに対して、本願発明者らは、さらに、高温酸化反応の開始後の燃焼が急峻である方が、ノッキングが発生しやすいことを突き止めた。

【0011】

本発明は、以上の知見に基づいてなされたものであり、ガソリンを含有する燃料と空気との混合気が燃焼する気筒と、当該気筒内の圧力である筒内圧を検出する検出手段とを含むエンジンを制御する方法であって、圧縮行程後期から膨張行程初期までの特定期間中に前記検出手段により検出される筒内圧に基づいて、前記特定期間の一部である第１期間中の熱発生率の増加量を算出する第１算出工程と、前記特定期間中の前記筒内圧に基づいて、前記特定期間に含まれかつ前記第１期間よりも遅角側に設定された第２期間中の筒内圧の上昇量を算出する第２算出工程と、前記第１算出工程で算出された熱発生率の増加量が基準増加量以上であるという第１の条件が成立した場合に、前記気筒内の温度を低下させるための冷媒を前記気筒に供給するノック抑制工程とを含み、前記ノック抑制工程は、前記第１の条件が成立するのに応じて前記冷媒の供給を開始する第１ステップと、前記第１ステップの実施後、前記第２算出工程で算出された筒内圧の上昇量が基準圧力上昇量以上であるという第２の条件が成立した場合に前記冷媒の供給を既定の終了時期まで継続し、当該第２の条件が成立しなかった場合に前記終了時期よりも前に前記冷媒の供給を停止する第２ステップとを含む、ことを特徴とするエンジンの制御方法を提供する（請求項１）。

【0012】

この方法によれば、ノッキングの発生と相関があり且つノッキングが発生するタイミングよりも早期に生じる低温酸化反応の発生度合いを表す第１期間中の熱発生率の増加量と、当該第１期間よりも遅角側の第２期間中の筒内圧の上昇量とが算出されるため、これらの算出値に基づいて、ノッキングが発生する可能性が高いことを早期に検知することができるとともにノッキングの発生を精度よく判定することができる。そして、その結果に基づいて冷媒を効果的に気筒内に供給することができノッキングをより確実に抑制することができる。

【0014】

特に、第１期間中の熱発生率の増加量が基準増加量以上と判定されると冷媒の噴射が開始され、その後第２期間中の筒内圧の上昇量が基準圧力上昇量以上と判定されるか否かに応じて冷媒の噴射が継続または停止されるので、冷媒をより確実に適切な時期に気筒内に供給してノッキングの発生を防止することができるとともに、ノッキングが発生しない場合に冷媒が気筒内に供給されて気筒内の温度が過度に低下するのを防止することができる。

【0015】

前記方法において、前記エンジンは、前記気筒に燃料を噴射するインジェクタを備え、前記インジェクタは、圧縮上死点よりも前に燃料を噴射するメイン噴射を少なくとも実施し、前記ノック抑制工程により前記気筒に供給される冷媒は、前記メイン噴射よりも後に前記インジェクタから追加で噴射される燃料である、のが好ましい（請求項２）。

【0016】

この方法によれば、冷媒を気筒に供給するための装置を別途設ける必要がない。

【0021】

また、本発明は、ガソリンを含有する燃料と空気との混合気が燃焼する気筒を備えたエンジンの制御装置であって、前記気筒内の圧力である筒内圧を検出する検出手段と、前記気筒内の温度を低下させるための冷媒を前記気筒内へ供給する冷媒供給手段と、前記冷媒供給手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、圧縮行程後期から膨張行程初期までの特定期間中に前記検出手段により検出される筒内圧に基づいて、前記特定期間の一部である第１期間中の熱発生率の増加量を算出し、当該熱発生率の増加量が基準増加量以上であるという第１の条件が成立するのに応じて前記冷媒供給手段に前記冷媒の供給を開始させるとともに、前記特定期間中の前記筒内圧に基づいて、前記特定期間に含まれかつ前記第１期間よりも遅角側に設定された第２期間中の筒内圧の上昇量を算出し、当該筒内圧の上昇量が基準圧力上昇量以上であるという第２の条件が成立すると前記冷媒の供給が既定の終了時期まで継続され、当該第２の条件が成立しなかった場合には前記終了時期よりも前に前記冷媒の供給が停止されるように、前記冷媒供給手段を制御する、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３）。

【0022】

この装置によれば、ノッキングが発生する可能性が高いことを早期に検知することができるとともにノッキングの発生を精度よく判定することができる。そして、その結果に基づいて冷媒を効果的に気筒に供給することができノッキングをより確実に抑制することができる。

【発明の効果】

【0023】

以上説明したように、本発明によれば、ノッキングをより確実に抑制することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【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】エンジンの制御系統を示すブロック図である。

【図3】制御マップを示した図である。

【図4】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5】ノッキングが発生したときと発生しなかったときとの熱発生率の変化を比較して示した図である。

【図6】図５の拡大図である。

【図7】ノッキングが発生したときと発生しなかったときとの筒内圧の変化を比較して示した図である。

【図8】ノック判定およびノック回避制御の流れを示したフローチャートである。

【図9】ノック判定およびノック回避制御を実施したときの各パラメータのクランク各変化を示した図である。

【図10】ノック判定およびノック回避制御を実施したときの各パラメータのクランク各変化を示した図である。

【図11】ノック判定およびノック回避制御を実施したときの各パラメータのクランク各変化を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

（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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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、１５以上２０以下（例えば１７程度）に設定されている。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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、ノッキングが発生しやすい高負荷域では、３０ＭＰａ以上に高められ、高負荷域では、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、エンジンの高負荷域において５０ＭＰａ〜７０Ｍａの範囲の噴射圧で燃料が噴射される。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

排気通路３０には、排気通路３０を通過する排気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。

【0038】

（２）制御系統
（２−１）システム構成
図２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。

【0039】

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２０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。本実施形態では、筒内圧センサＳＮ３が、請求項における検出手段として機能する。

【0040】

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。

【0041】

（２−２）基本制御
図３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。

【0042】

本実施形態では、エンジン負荷が予め設定された第１基準負荷Ｔｑ１未満であってノッキングが生じ難い低負荷領域Ｂと、エンジン負荷が基準負荷Ｔｑ１以上でありノッキングが生じやすい高負荷領域Ａとが設定されている。高負荷領域Ａでは、ノッキングの発生を抑制するべく、後述するノック判定が行われ、このノック判定の結果に応じて適宜ノック回避制御が実施される。本実施形態では、前記のように、エンジン本体１の幾何学的圧縮比が１５以上に設定されており、燃焼室６内の温度が非常に高い温度にまで高められる。従って、特にノッキングが生じやすい。

【0043】

高負荷領域Ａは、さらに、エンジン回転数が予め設定された基準回転数Ｎ１未満の高負荷低速領域Ａ１と、エンジン回転数が基準回転数Ｎ１以上の高負荷高速領域Ａ２とに区画されている。

【0044】

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（領域Ａ１および領域Ｂ１）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。

【0045】

一方、エンジン回転数が基準回転数Ｎ１以上の領域（領域Ａ２および領域Ｂ２）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。

【0046】

（２−３）ノック回避制御（ノック抑制工程）
次に、高負荷領域Ａにて実施されるノック回避制御について図４を用いて説明する。

【0047】

本実施形態では、ノッキングを回避するために、ノック回避制御として、燃焼中の混合気にインジェクタ１４から燃料を噴射する制御が実施される。

【0048】

図４は、高負荷領域ＡのうちＳＩ燃焼が実施される領域（Ａ２）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４の実線に示すように、例えば、この領域では、ノック回避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７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る。つまり、メイン噴射Ｑ１は、ノッキングの有無にかかわらず実施される。メイン噴射Ｑ１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。

【0049】

これに対して、ノック回避制御が実施されたときは、図４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、後述するように、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。

【0050】

燃焼中の混合気に対して燃料が噴射されると、混合気の温度は低下し、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。

【0051】

追加噴射Ｑ２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の量は、燃料の総量の５％程度に設定されている。

【0052】

追加噴射Ｑ２は、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る時期に実施されるのが好ましく、この時期よりも過度に遅角側の時期で追加噴射Ｑ２が実施されると空気との混合が悪化してスモークの発生量が増大するおそれがある。そこで、本実施形態では、追加噴射Ｑ２を、予め設定された追加噴射終了時期（終了時期）までに実施する。追加噴射終了時期は、燃焼期間に含まれる時期（高温酸化反応が生じている期間に含まれる時期）に設定されている。例えば、予めエンジン回転数とエンジン負荷とに応じて追加噴射終了時期が設定されて、ＰＣＭ１００にマップで記憶されており、ＰＣＭ１００はこのマップからエンジン回転数とエンジン負荷とに対応する値を抽出する。

【0053】

このように、本実施形態では、混合気を冷却する冷媒として燃料が用いられ、インジェクタ１４が、冷媒を燃焼室６に供給する冷媒供給手段として機能する。また、前記の追加噴射Ｑ２を実施する工程が、請求項におけるノック抑制工程である。

【0054】

（２−４）ノック判定制御（予測工程）
次に、高負荷領域Ａにて実施されるノック判定制御について説明する。

【0055】

本実施形態では、第１ノック判定ステップと第２ノック判定ステップとを実施して、これらの判定結果に基づいてノッキングが発生するか否かを判定する（ノッキングの発生を予測する）。

【0056】

ここで、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。なお、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。

【0057】

（第１ノック判定ステップ）
本願発明者らは、より早期にノッキングが発生するか否かを判定する方法について鋭意研究した。その結果、低温酸化反応が発生すると、その後、ノッキングが生じる可能性が非常に高いことを突き止めた。

【0058】

低温酸化反応とは、冷却損失を上回るわずかな発熱を伴う反応であり、燃焼室６内の温度が高いときに、酸素ラジカル等によって、燃料を構成する炭化水素から水素が引き抜かれることで開始する反応である。低温酸化反応は、火炎を生じさせながら高い熱エネルギーを発する反応である高温酸化反応が開始される前、つまり、燃焼が開始される前に、生じる。

【0059】

ノッキングは、前記のように、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現象であり、ノッキングが生じるのも燃焼室６内の温度が高いときである。従って、低温酸化反応が生じたときに、その後、ノッキングが生じる可能性が非常に高いのは、低温酸化反応が生じるということは、低温酸化反応が生じる程度に燃焼室６内の温度が高い状態にあり、このような状態ではノッキングも生じやすくなるためと考えられる。

【0060】

図５は、低温酸化反応が生じたときの熱発生率（実線）と、低温酸化反応が生じなかったときの熱発生率（破線）とを比較して示した図である。図６は、図５の圧縮上死点付近を拡大した図である。

【0061】

図６の破線に示した熱発生率は、圧縮上死点前の所定のクランク角ＣＡ１０にて最小となった後、緩やかに上昇し、その後、高温酸化反応の開始に伴って急激に上昇する。一方、図６の実線に示した熱発生率は、破線と同様に所定のクランク角ＣＡ１０にて最小となるが、その後、破線よりも早い速度で上昇しており、低温酸化反応が生じたことが示されている。つまり、低温酸化反応は、前記のように発熱反応であり、低温酸化反応が生じたときは生じなかったときよりも熱発生率が高くなる。なお、低温酸化反応に伴う熱発生率の上昇量は小さく、熱発生率は、前記のように早い速度で上昇を開始するものの、その上昇はすぐさま停止し（熱発生率は低下、略一定、あるいは、緩やかに上昇するようになり）、その後、高温酸化反応の開始に伴って急激に立ち上がる。

【0062】

そして、図６の破線と実線との比較から明らかなように、低温酸化反応が生じたときは低温酸化反応が生じなかったときに比べて、熱発生率が燃焼（高温酸化反応）の中盤以降において急激に上昇しており、ノッキングが生じている。

【0063】

前記の知見より、第１ノック判定ステップでは、低温酸化反応が生じたか否かを判定する。そして、低温酸化反応が生じたときは、その後、ノッキングが生じる可能性が高いと判定する。

【0064】

具体的には、ＰＣＭ１００は、前記のように熱発生率が最小となるクランク角である着火前第１クランク角ＣＡ１０の熱発生率を算出するとともに、この着火前第１クランク角よりも所定の角度後の着火前第２クランク角ＣＡ２０の熱発生率を算出する。着火前第２クランク角ＣＡ２０は、低温酸化反応に伴って熱発生率が上昇する期間中のクランク角であり、着火前第１クランク角ＣＡ１０および着火前第２クランク角ＣＡ２０は、ともに、圧縮行程後期から膨張行程初期までの特定期間に含まれ且つ混合気の燃焼が開始する前の第１期間内のクランク角である。そして、ＰＣＭ１００は、着火前第１クランク角ＣＡ１０の熱発生率に対する着火前第２クランク角ＣＡ２０の熱発生率の増加量である着火前熱発生率増加量を算出する。

【0065】

本実施形態では、この着火前熱発生率増加量が、請求項における低温酸化反応の発生度合を表す低温酸化反応レベルとして用いられており、着火前熱発生率増加量を算出する前記の工程が第１算出工程である。

【0066】

なお、本明細書および請求項において、圧縮行程後期とは、圧縮上死点前６０°ＣＡから圧縮上死点までの期間をいい、膨張行程初期とは圧縮上死点から圧縮上死点後６０°ＣＡまでの期間をいう。

【0067】

ＰＣＭ１００は、着火前熱発生率増加量が基準増加量以上のときは、低温酸化反応が生じたと判定し、この増加量が基準増加量未満のときは、低温酸化反応が生じなかったと判定する。

【0068】

本実施形態では、着火前第１クランク角ＣＡ１０と、着火前第２クランク角ＣＡ２０とは、予め設定されてＰＣＭ１００に記憶されている。例えば、着火前第１クランク角ＣＡ１０は圧縮上死点前１０°ＣＡ程度に設定され、着火前第２クランク角ＣＡ２０は圧縮上死点前５°ＣＡ程度に設定されている。また、基準増加量も、予め設定されてＰＣＭ１００に記憶されている。例えば、基準増加量は、１０Ｊ／°ＣＡ程度に設定されている。

【0069】

ここで、低温酸化反応は、混合気の燃焼が開始する前（高温酸化反応が開始する前）であってノッキングが生じる時期よりも十分に早い時期に生じる。従って、低温酸化反応が生じたか否かに基づいてノッキングが発生するか否かを判定できれば、この判定をノッキングが発生する時期に対して十分に早い時期に実施することが可能になる。

【0070】

（第２ノック判定ステップ）
前記のように、低温酸化反応が生じれば非常に高い確率でノッキングは発生する。しかしながら、本願発明者らは、研究の過程で、燃焼室内の全ガス量に対する既燃ガス量の割合であるＥＧＲ率が高いとき等は、低温酸化反応が生じないにも関わらずノッキングが発生する場合があるという知見を得た。これは、ＥＧＲ率が高いときは、ノッキングが生じる程度に燃焼室内の温度が高くても、既燃ガスが酸素ラジカルと炭化水素との接触を阻害することで、低温酸化反応が開始されないためと考えられる。また、低温酸化反応が生じたにも関わらず、燃焼室内の空燃比のばらつきや流動等によっては、ノッキングが発生しない場合があるという知見を得た。

【0071】

これより、本実施形態では、ＰＣＭ１００は、前記のように、第２ノック判定ステップを実施して、低温酸化反応が生じたときはノッキングが生じる可能性があると判定する。ただし、この判定だけではノッキングが生じると判定せず、次に説明する第２ノック判定ステップを実施してこの判定ステップの判定結果に基づいてノッキングが発生するか否かの最終的な判定を行う。

【0072】

図７は、クランク角に対する筒内圧の変化を示した図である。図７の実線は、ノッキングが生じたときの筒内圧、破線は、ノッキングが生じなかったときの筒内圧である。この図に示されるように、燃焼が開始したクランク角ＣＡ１以降、筒内圧は上昇していく。そして、ノッキングが生じたときは、クランク角ＣＡ１以降においてノッキングが生じなかったときよりも筒内圧が早い速度で上昇する。

【0073】

このように、燃焼が開始した後の筒内圧の上昇速度つまり上昇量が高いときは、ノッキングが生じやすい。そして、この筒内圧の上昇量が所定の値以上のときは、ほぼ確実にノッキングが生じる。これより、第２ノック判定ステップでは、燃焼が開始した後の筒内圧の上昇量が所定の値以上のときはノッキングが生じると判定する。

【0074】

具体的には、圧縮行程後期から膨張行程初期までの特定期間に含まれ、且つ、燃焼が開始した後の第２期間中の筒内圧の上昇量、つまり、燃焼が開始した直後の筒内圧の上昇速度が、予め設定された基準圧力上昇量以上のときに、ノッキングが生じると判定する。

【0075】

本実施形態では、ＰＣＭ１００は、圧縮行程後期から膨張行程初期までの特定期間に含まれ、且つ、燃焼が開始した後の第１クランク角での筒内圧を読み込む。また、ＰＣＭ１００は、特定期間中、且つ、燃焼が開始した後の第２クランク角であって第１クランク角よりも遅角側の第２クランク角の筒内圧を読み込む。そして、ＰＣＭ１００は、第２クランク角において、第１クランク角での筒内圧に対する第２クランク角での筒内圧の上昇量を算出する。

【0076】

また、ＰＣＭ１００は、圧縮行程後期から膨張行程初期までの特定期間に含まれ、且つ、燃焼が開始した後の第３クランク角であって第１クランク角よりも遅角側の第３クランク角での筒内圧を読み込む。また、ＰＣＭ１００は、圧縮行程後期と膨張行程初期とを含む特定期間に含まれ、且つ、燃焼が開始した後の第４クランク角であって第３クランク角よりも遅角側の第４クランク角での筒内圧を読み込む。そして、ＰＣＭ１００は、第４クランク角において、第３クランク角での筒内圧に対する第４クランク角での筒内圧の上昇量を算出する。

【0077】

ＰＣＭ１００は、第１クランク角での筒内圧に対する第２クランク角での筒内圧の上昇量（以下、適宜、第１筒内圧上昇量という）が基準圧力上昇量以上であり、且つ、第３クランク角での筒内圧に対する第４クランク角での筒内圧の上昇量（以下、適宜、第２筒内圧上昇量という）が基準圧力上昇量以上であるときに、ノッキングが生じると判定する。一方、第１クランク角での筒内圧に対する第２クランク角での筒内圧の上昇量が基準圧力上昇量未満、または、第３クランク角での筒内圧に対する第４クランク角での筒内圧の上昇量が基準圧力上昇量未満のときは、ノッキングが生じないと判定する。

【0078】

なお、第１〜第４クランク角は、いずれも、着火前第１クランク角ＣＡ１０および着火前第２クランク角ＣＡ２０よりも遅角側の角度である。

【0079】

基準圧力上昇量は、ノッキングが生じないときの前記の筒内圧の上昇量の最大値であり、予め設定されてＰＣＭ１００に記憶されている。例えば、基準圧力上昇量は、エンジン回転数とエンジン負荷とに応じてマップで設定されて記憶されており、ＰＣＭ１００は、このマップから現在のエンジン回転数とエンジン負荷とに対応する基準圧力上昇量を抽出して、前記の筒内圧の上昇量と比較する。なお、本実施形態では、第１筒内圧上昇量と比較する基準圧力上昇量と、第２筒内圧上昇量と比較する基準圧力上昇量とは同一の値に設定されているが、これらは異なっていてもよい。

【0080】

第１クランク角〜第４クランク角は、予め設定されてＰＣＭ１００に記憶されている。すなわち、燃焼が開始する時期はエンジン回転数とエンジン負荷等毎にある程度決まっている。そこで、本実施形態では、実験等によって燃焼が開始する時期を調べ、圧縮行程後期から膨張行程初期までの特定期間に含まれ、且つ、燃焼が開始した後となる角度に、第１クランク角〜第４クランク角を予め設定してＰＣＭ１００に記憶させておく。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第１〜第４クランク角を設定してＰＣＭ１００にマップで記憶させている。例えば、第１クランク角はＴＤＣ（圧縮上死点）、第２クラン角と第３クランク角はＡＴＤＣ５°ＣＡ（圧縮上死点後５°ＣＡ）程度、第４クランク角はＡＴＤＣ１０°ＣＡ（圧縮上死点後１０°ＣＡ）程度に設定されている。

【0081】

本実施形態では、前記の第１筒内圧上昇量および第２筒内圧上昇量が、請求項における高温酸化反応開始後の燃焼の急峻さを表す燃焼急峻度として用いられており、これを算出する前記の工程が第２算出工程である。

【0082】

（２−５）ノック判定制御およびノック回避制御の流れ
前記のように、ノッキングが発生するか否かは、燃焼が開始した後の筒内圧の上昇量に基づいて精度よく判定することができる。しかしながら、この筒内圧の上昇量に基づいてノッキングが発生するか否かを判定する方法、つまり、第２ノック判定ステップでは、ノッキングが発生するか否かの判定が出されるのが、燃焼が開始した後である。そのため、第２ノック判定ステップにおいてノッキングが発生すると判定されてから追加噴射Ｑ２を実施しようとしても、エンジン回転数が高いとき等では、インジェクタ１４の駆動遅れのために実際に追加噴射Ｑ２が可能となるのが（インジェクタ１４から燃焼室６に実際に燃料が噴射され始めるのが）、ノッキングを最も効果的に抑制できる時期である最適追加噴射時期よりも遅くなるおそれがある。

【0083】

そこで、本実施形態では、第１ノック判定ステップによってノッキングが開始する可能性があると判定されると、追加噴射Ｑ２を開始する（第１ステップ）。つまり、着火前熱発生率増加量が基準増加量以上という第１の条件が成立するのに応じて（低温酸化反応レベルが基準レベル以上という第１の条件が成立するのに応じて）、追加噴射Ｑ２を開始する（冷媒としての燃料の供給を開始する）第１ステップを実施する。

【0084】

そして、第２ノック判定ステップによってノッキングが発生しない判定されると追加噴射Ｑ２を停止する（第２ステップ）。つまり、第１筒内圧上昇量および第２筒内圧上昇量がともに基準圧力上昇量以上であるという第２の条件が成立しなかった場合には（燃焼急峻度が基準値以上であるという第２の条件が成立しなかった場合には）、追加噴射Ｑ２を停止する（冷媒としての燃料の供給を停止する）第２ステップを実施する。

【0085】

一方、第２ノック判定ステップによってノッキングが発生すると判定されると、この判定後も追加噴射Ｑ２を継続する（第２ステップ）。つまり、第１筒内圧上昇量および第２筒内圧上昇量がともに基準圧力上昇量以上であるという第２の条件が成立した場合には（燃焼急峻度が基準値以上であるという第２の条件が成立した場合には）、追加噴射Ｑ２を継続する（冷媒としての燃料の供給を継続する）。

【0086】

前記の制御の流れについて図８のフローチャート等を用いて説明する。

【0087】

まず、ＰＣＭ１００は、ステップＳ１にて、エンジンの各種情報を読み込む。例えば、ＰＣＭ１００は、筒内圧センサＳＮ３で検出された筒内圧、アクセル開度センサＳＮ５により検出されたアクセル開度、クランク角センサＳＮ１によって検出されたエンジン回転数、排気Ｏ２センサＳＮ４で検出された排気酸素濃度、エアフローセンサＳＮ２により検出された吸気量、ＥＧＲバルブ４２の開度等を読み込む。

【0088】

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、高負荷領域Ａでエンジンが運転されているか否か、つまり、エンジン負荷が基準負荷Ｔｑ１以上であるか否かを判定する。エンジン負荷は、アクセル開度とエンジン回転数とに基づいて算出される。

【0089】

ステップＳ２の判定がＮＯであって低負荷領域Ｂでエンジンが運転されているときは、ＰＣＭ１００は、そのまま処理を終了する（ステップＳ１に戻る）。一方、ステップＳ２の判定がＹＥＳであって高負荷領域Ａでエンジンが運転されているときは、ＰＣＭ１００は、ステップＳ３に進む。

【0090】

ステップＳ３では、ＰＣＭ１００は、筒内圧を用いて熱発生率ｄＱを算出する。熱発生率ｄＱの算出方法は従来用いられている方法を採用することができ、ここでの説明は省略する。

【0091】

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、低温酸化反応が生じたか否かを判定する。

【0092】

ＰＣＭ１００は、前記のように、着火前第１クランク角ＣＡ１０の熱発生率に対する着火前第２クランク角ＣＡ２０の熱発生率の増加量である着火前熱発生率増加量を算出する。そして、ＰＣＭ１００は、着火前熱発生率増加量が基準増加量以上のときは低温酸化反応が生じたと判定し、着火前熱発生率増加量が基準増加量未満のときは低温酸化反応が生じなかったと判定する。

【0093】

ＰＣＭ１００は、ステップＳ４の判定がＹＥＳであって低温酸化反応が生じたと判定すると、ステップＳ５に進む。ステップＳ５では、ＰＣＭ１００は、ノッキングが発生する可能性があると判定する。

【0094】

ステップＳ５の後は、ＰＣＭ１００は、ステップＳ６に進みインジェクタ１４の駆動を開始する。ここで、インジェクタ１４には駆動遅れがある。そのため、インジェクタ１４に駆動開始の指令を出しても、すぐにはインジェクタ１４から燃料は噴射されず、所定の時間後にはじめて燃料が噴射される。

【0095】

ステップＳ６の後は、ステップＳ７に進む。ステップＳ７では、ＰＣＭ１００は、前記の第１筒内圧上昇量がおよび第２筒内圧上昇量を算出するとともに、第１筒内圧上昇量が基準圧力上昇量以上、且つ、前記の第２筒内圧上昇量が基準圧力上昇量以上であるか否かを判定する。

【0096】

ステップＳ７の判定がＹＥＳであって、第１筒内圧上昇量が基準圧力上昇量以上、且つ、第２筒内圧上昇量が基準圧力上昇量以上のときは、ＰＣＭ１００は、ステップＳ８に進み、ノッキングが生じると判定するとともに、インジェクタ１４の駆動を継続する。ステップＳ８の後は、ＰＣＭ１００は、ステップＳ９に進む。

【0097】

ステップＳ９では、ＰＣＭ１００は、クランク角が追加噴射終了時期に到達したか否かを判定し、この判定がＹＥＳとなるのを待って、ステップＳ１０に進む。ステップＳ１０では、ＰＣＭ１００は、インジェクタ１４の駆動を停止する。

【0098】

一方、ステップＳ７の判定がＮＯであって、第１筒内圧上昇量が基準圧力上昇量未満、あるいは、第２筒内圧上昇量が基準圧力上昇量未満のときは、ＰＣＭ１００は、ステップＳ１１に進み、ノッキングが発生しないと判定する。そして、ステップＳ１０に進み、ＰＣＭ１００は、インジェクタ１４の駆動を停止する。

【0099】

ステップＳ４に戻り、ステップＳ４の判定がＮＯであって低温酸化反応が生じなかったと判定したときは、ＰＣＭ１００は、ステップＳ１２に進む。ステップＳ１２では、ＰＣＭ１００は、ステップＳ７と同様に、第１筒内圧上昇量が基準圧力上昇量以上、且つ、第２筒内圧上昇量が基準圧力上昇量以上であるか否かを判定する。

【0100】

ステップＳ１２の判定がＹＥＳであって、第１筒内圧上昇量が基準圧力上昇量以上、且つ、第２筒内圧上昇量が基準圧力上昇量以上ときは、ＰＣＭ１００は、ステップＳ１３に進み、ノッキングが生じると判定する。そして、ＰＣＭ１００は、ステップＳ１４に進み、インジェクタ１４の駆動を開始する。インジェクタ１４の駆動は、ステップＳ１３の判定がＹＥＳとなった直後から開始される。ただし、前記のように、駆動を開始されてもすぐにはインジェクタ１４から燃料は噴射されず、所定の時間後にはじめて燃料が噴射される。

【0101】

ステップＳ１４の後は、ステップＳ１５に進む。ステップＳ１５では、ＰＣＭ１００は、ステップＳ９と同様に、クランク角が追加噴射終了時期に到達したか否かを判定し、この判定がＹＥＳとなるのを待って、ステップＳ１６に進む。ステップＳ１６では、ＰＣＭ１００は、インジェクタ１４の駆動を停止する。

【0102】

一方、ステップＳ１２の判定がＮＯであって、第１筒内圧上昇量が基準圧力上昇量未満、あるいは、第２筒内圧上昇量が基準圧力上昇量未満のときは、ＰＣＭ１００は、ステップＳ１７に進み、ノッキングが発生しないと判定して処理を終了する（ステップＳ１に戻る）。

【0103】

図９〜図１１は、以上の制御を実施したときの、熱発生率、低温酸化反応フラグ、ノック発生フラグ、インジェクタ１４の駆動信号、インジェクタ１４の開弁開度のそれぞれのクランク角変化を示したグラフである。低温酸化フラグは、ステップＳ４にて低温酸化反応が生じたと判定されると１となり、それ以外のときは０となるフラグである。ノック発生フラグは、ステップＳ７またはステップＳ１２において、第１筒内圧上昇量が基準圧力上昇量以上、且つ、第２筒内圧上昇量が基準圧力上昇量以上であることに伴ってノッキングが生じると判定されると１となり、それ以外のときは０となるフラグである。インジェクタ１４の駆動信号は、ＰＣＭ１００からインジェクタ１４に送られる信号であり、ここでは、インジェクタ１４の駆動を開始するようにＰＣＭ１００からインジェクタ１４に指令が出されると１となり、この指令が停止されると０になる信号として表している。

【0104】

図９は、ステップＳ４およびステップＳ７での判定がいずれもＹＥＳであって、低温酸化反応が生じたと判定されてノッキングが発生する可能性が高いと判定されるとともに、第１筒内圧上昇量および第２筒内圧上昇量のいずれもが基準圧力上昇量以上であると判定されてノッキングが発生すると判定された場合の図である。この場合は、クランク角ｔ１にて低温酸化反応が生じたと判定されて低温酸化反応フラグが０から１になると、その直後にインジェクタ１４の駆動が開始される。これに伴いクランク角ｔ１以後、インジェクタ１４の開弁開度は増大していき、クランク角ｔ２にて、インジェクタ１４の開弁開度は全開に到達してインジェクタ１４から追加噴射Ｑ２に係る燃料が噴射される。そして、クランク角ｔ３にてノッキングが発生すると判定されてノックフラグが０から１になった後も、インジェクタ１４の駆動は継続される。そして、時刻ｔ４にて、追加噴射終了時期に到達すると、インジェクタ１４の駆動は停止される。インジェクタ１４の駆動遅れにより、インジェクタ１４の駆動が停止されたときも、その開弁開度はすぐには全閉とならず徐々に低減していく。

【0105】

このように、低温酸化反応が生じたときで、さらに、第１筒内圧上昇量および第２筒内圧上昇量が基準圧力上昇量以上のときは、ＰＣＭ１００は、低温酸化反応が生じたと判定された直後から追加噴射終了時期までの期間、インジェクタ１４の駆動を継続する。これにより、インジェクタ１４からは、この期間中の所定の時期から追加噴射終了時期までの期間、追加噴射Ｑ２が行われて燃焼室６内に追加の燃料が噴射される。

【0106】

一方、図１０は、ステップＳ４での判定がＹＥＳであって低温酸化反応が生じたと判定される一方、ステップＳ７での判定がＮＯであって第１筒内圧上昇量あるいは第２筒内圧上昇量が基準圧力上昇量未満でありノッキングが発生しないと判定された場合の図である。この場合も、クランク角ｔ１１にて低温酸化反応が生じたと判定されると、その直後にインジェクタ１４の駆動が開始される。これに伴い、クランク角ｔ１１以後、インジェクタ１４の開弁開度は増大していく。しかし、この場合は、クランク角ｔ１２にてノッキングが発生しないと判定されると、インジェクタ１４の駆動は停止される（ＰＣＭ１００からインジェクタ１４へ駆動停止信号が出される）。これに伴い、クランク角ｔ１２以降、インジェクタ１４の開弁開度は徐々に低減していく。

【0107】

このように、低温酸化反応が生じる一方、第１筒内圧上昇量あるいは第２筒内圧上昇量が基準圧力上昇量未満のときは、低温酸化反応が生じると判定された時点でインジェクタ１４の駆動は開始されるが、第１筒内圧上昇量あるいは第２筒内圧上昇量が基準圧力上昇量未満と判定されるとすぐさまインジェクタ１４の駆動が停止される。

【0108】

また、図１１は、ステップＳ４での判定がＮＯであって低温酸化反応が生じないと判定される一方、ステップＳ７での判定がＹＥＳであって第１筒内圧上昇量および第２筒内圧上昇量が基準圧力上昇量以上となりノッキングが発生すると判定された場合の図である。この場合は、第１筒内圧上昇量および第２筒内圧上昇量が基準圧力上昇量以上であると判定されたクランク角ｔ２１でインジェクタ１４の駆動が開始される。そして、クランク角ｔ２２にて追加噴射終了時期に到達すると、インジェクタ１４の駆動が停止される。

【0109】

このように、低温酸化反応が生じない一方、第１筒内圧上昇量および第２筒内圧上昇量が基準圧力上昇量以上のときは、第１筒内圧上昇量および第２筒内圧上昇量が基準圧力上昇量以上と判定された直後からインジェクタ１４の駆動が開始される。

【0110】

（３）作用等
以上のように、本実施形態によれば、低温酸化反応が生じたか否か（着火前熱発生率増加量が基準増加量以上であるか否か）に応じてまずノッキングが発生する可能性が判定され、その後、第１筒内圧上昇量および第２筒内圧上昇量が基準圧力上昇量以上であるか否かに応じてノッキングが発生するか否かの判定が確定される。そのため、ノッキングが発生する可能性が高いことを早期に検知することができるとともにノッキングの発生を精度よく予測することができる。

【0111】

また、低温酸化反応が生じた時点で追加噴射Ｑ２を開始（インジェクタ１４の駆動を開始）している。そのため、より確実に、適切な時期に追加噴射Ｑ２に係る燃料を燃焼室６内に噴射することができ、ノッキングの発生を確実に防止できる。

【0112】

そして、第１筒内圧上昇量および第２筒内圧上昇量が基準圧力上昇量以上であると判定されたときには追加噴射Ｑ２を継続する一方、第１筒内圧上昇量および第２筒内圧上昇量が基準圧力上昇量未満であると判定されたときには追加噴射Ｑ２を停止している。そのため、第１筒内圧上昇量および第２筒内圧上昇量が基準圧力上昇量未満であってノッキングが発生しないと予測されると、追加噴射Ｑ２が継続されて多量の燃料が気筒内に噴射されこと、および、これに伴い燃焼温度が低下するのを防止できる。

【0113】

（４）変形例
前記実施形態では、第２ノック判定ステップにおいて、圧縮行程後期から膨張行程初期までの特定期間に含まれ、且つ、燃焼が開始した後の筒内圧の上昇量が基準圧力上昇量以上のときにノッキングが生じると判定する場合について説明した。この筒内圧の上昇量が高いときは熱発生率の上昇量も高くなる。つまり、本願発明者らは、圧縮行程後期から膨張行程初期までの特定期間に含まれ、且つ、燃焼が開始した後の、熱発生率の上昇量が高いときにも、ノッキングが生じやすいという知見を得た。

【0114】

そこで、第２ノック判定ステップにおいて判定に用いるパラメータ（高温酸化反応の開始後の燃焼の急峻さを表す燃焼急峻度として用いるパラメータ）を、筒内圧の上昇量に代えて熱発生率の上昇量としてもよい。すなわち、第２ノック判定ステップにおいて、圧縮行程後期から膨張行程初期までの特定期間に含まれ、且つ、燃焼が開始した後の熱発生率の上昇量が、予め設定された基準値以上のときにノッキングが生じると判定し、前記熱発生率の上昇量が基準値未満のときはノッキングが生じないと判定してもよい。

【0115】

具体的には、圧縮行程後期から膨張行程初期までの特定期間に含まれ、且つ、燃焼が開始した後の時期として予め設定された熱発生率判定第１クランク角とこれよりも遅角側に設定された熱発生率判定第２クランク角とにおける熱発生率をそれぞれ算出する。また、熱発生率判定第１クランク角の熱発生率に対する熱発生率判定第２クランク角の熱発生率の増加量を熱発生率の上昇量として算出する。そして、この熱発生率の上昇量と基準値とを比較してノッキングが生じるか否かを判定する。熱発生率判定第１クランク角は、例えば、ＴＤＣに設定され、熱発生率判定第２クランク角はＡＴＤＣ１０°ＣＡ（圧縮上死点後１０°ＣＡ）程度に設定される。

【0116】

この方法および構成によっても、ノッキングが発生するか否かを精度よく判定できる。また、この判定結果に基づいてノッキングの発生をより確実に防止できるとともに、ノッキングの発生を抑制するために燃焼室６に供給する冷媒の量が過大となるのを防止できる。

【0117】

また、前記実施形態では、第２ノック判定ステップにおいて、第１筒内圧上昇量と第２筒内圧上昇量とがいずれも基準圧力上昇量以上であるときにノッキングが発生すると判定した場合について説明した。これに代えて、第１筒内圧上昇量と第２筒内圧上昇量の少なくとも一方が基準圧力上昇量以上であるときに、ノッキングが発生すると判定してもよい。

【0118】

また、前記実施形態では、第１筒内圧上昇量と第２筒内圧上昇量とを算出して、２つの期間の筒内圧の上昇量に基づいてノッキングが発生するか否かを判定する場合に説明したが、これに代えて、１つの期間の筒内圧の上昇量のみを算出し、これに基づいてノッキングが発生するか否かを判定してもよい。

【0119】

また、前記実施形態では、第１ノック判定ステップにおいて、熱発生率に基づいて低温酸化反応が生じたか否かを判定する場合について説明したが、第２ノック判定ステップは圧縮行程後期と膨張行程初期とを含む特定期間の燃焼室内の圧力に基づいて低温酸化反応が生じたか否かを判定するように構成されればよい。つまり、低温酸化反応が生じたか否かの判定は、熱発生率に基づいて行われなくてもよく、筒内圧に基づいて行われればよい。すなわち、低温酸化反応の発生度合いを表す低温酸化反応レベルとして用いるパラメータは、熱発生率（熱発生率の上昇量）に限らず、例えば、筒内圧の増加量等であってもよい。

【0120】

前記実施形態では、ノック回避制御として、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を実施する場合について説明したが、ノック回避制御の具体的な構成はこれに限らない。例えば、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。

【0121】

また、前記実施形態では、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。

【0122】

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。

【0123】

また、気筒の幾何学的圧縮比は、１５以上２０以下に限らない。ただし、気筒の幾何学的圧縮比が１５以上になると、ノッキングが生じやすい。そのため、このエンジンに前記の実施形態を適用すれば、効果的である。

【符号の説明】

【0124】

１ エンジン本体
２ 気筒
６ 燃焼室
１３ 点火プラグ
１４ インジェクタ（冷媒供給手段）
１００ ＰＣＭ（制御手段）
ＳＮ３ 筒内圧センサ（検出手段）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】