特開 2024-5027 内燃機関の制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024005027

(43)【公開日】2024-01-17

(54)【発明の名称】内燃機関の制御装置

(51)【国際特許分類】

   F02D 45/00 20060101AFI20240110BHJP

   F02B 19/12 20060101ALI20240110BHJP

   F02P 5/152 20060101ALI20240110BHJP

【ＦＩ】

F02D45/00 368S

F02D45/00 368A

F02B19/12 A

F02P5/152

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022104999

(22)【出願日】2022-06-29

(71)【出願人】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100154380

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 隆一

(74)【代理人】

【識別番号】100081972

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 豊

(72)【発明者】

【氏名】鳥居 建史

(72)【発明者】

【氏名】岡田 大輔

(72)【発明者】

【氏名】小野 拓也

(72)【発明者】

【氏名】新谷 祐輔

(72)【発明者】

【氏名】木村 範孝

【テーマコード（参考）】

3G022

3G023

3G384

【Ｆターム（参考）】

3G022DA02

3G022EA02

3G023AA06

3G023AB01

3G023AC04

3G023AD25

3G023AD28

3G384AA01

3G384AA06

3G384BA24

3G384DA55

3G384DA56

3G384EB03

3G384EB04

3G384ED07

3G384FA01Z

3G384FA29Z

3G384FA33Z

3G384FA52Z

3G384FA54Z

3G384FA56Z

3G384FA58Z

(57)【要約】

【課題】ノッキングの発生と燃焼騒音の発生とを検知する。
【解決手段】主燃焼室と、副燃焼室と、副燃焼室の内部の混合気を点火する点火部とを有する内燃機関の制御装置１００は、主燃焼室の圧力を検出する筒内圧センサ９と、第１周波数帯の圧力変動データを抽出するＢＰＦ５３と、第１周波数帯より低い第２周波数帯の圧力変動データを抽出するＢＰＦ５４と、内燃機関の燃焼サイクルごとに第１、第２周波数帯の圧力変動データに含まれる第１、第２最大振幅を算出する振幅算出部５５と、第１最大振幅に基づいて主燃焼室でノッキングが発生しているか否かを判定する第１判定部５６と、第２最大振幅に基づいて主燃焼室で燃焼騒音が発生しているか否かを判定する第２判定部５７と、内燃機関の運転条件と判定結果とに基づいて点火部の動作を制御する点火制御部５８とを備える。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

気筒内を往復動するピストンに面した主燃焼室と、噴孔を介して前記主燃焼室に連通する副燃焼室と、前記副燃焼室の内部の混合気を点火する点火部と、を有する内燃機関の制御装置であって、
前記主燃焼室の圧力を検出する圧力検出部と、
前記圧力検出部により検出された圧力の変動データから第１周波数帯の圧力変動データを抽出する第１抽出部と、
前記圧力検出部により検出された圧力の変動データから、前記第１周波数帯より低い第２周波数帯の圧力変動データを抽出する第２抽出部と、
前記内燃機関の燃焼サイクルごとに、前記第１抽出部により抽出された前記第１周波数帯の圧力変動データに含まれる第１最大振幅を算出するとともに、前記第２抽出部により抽出された前記第２周波数帯の圧力変動データに含まれる第２最大振幅を算出する振幅算出部と、
前記振幅算出部により算出された前記第１最大振幅に基づいて、前記主燃焼室でノッキングが発生しているか否かを判定する第１判定部と、
前記振幅算出部により算出された前記第２最大振幅に基づいて、前記主燃焼室で燃焼騒音が発生しているか否かを判定する第２判定部と、
前記内燃機関の運転条件と、前記第１判定部および前記第２判定部による判定結果と、に基づいて、前記点火部の動作を制御する点火制御部と、を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。

【請求項2】

請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
前記第２判定部は、前記第１判定部により前記主燃焼室でノッキングが発生していないと判定されることを条件として、前記主燃焼室で燃焼騒音が発生しているか否かを判定することを特徴とする内燃機関の制御装置。

【請求項3】

請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、
前記点火制御部は、前記第１判定部により前記主燃焼室でノッキングが発生していると判定されると第１所定量だけ点火時期を遅角するように前記点火部の動作を制御し、前記第２判定部により前記主燃焼室で燃焼騒音が発生していると判定されると前記第１所定量より小さい第２所定量だけ前記点火時期を遅角するように前記点火部の動作を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置において、
前記主燃焼室でノッキングが発生しているときの前記第１最大振幅に対応する第１閾値と、前記主燃焼室で燃焼騒音が発生しているときの前記第２最大振幅に対応する第２閾値と、所定頻度と、を記憶する記憶部をさらに備え、
前記第１判定部は、前記第１最大振幅が前記記憶部に記憶された前記第１閾値を超えると、前記主燃焼室でノッキングが発生していると判定し、
前記第２判定部は、前記第２最大振幅が前記記憶部に記憶された前記第２閾値を超える頻度が前記記憶部に記憶された前記所定頻度を超えると、前記主燃焼室で燃焼騒音が発生していると判定し、
前記第１閾値と前記第２閾値と前記所定頻度とは、前記内燃機関の運転条件に応じて予め定められることを特徴とする内燃機関の制御装置。

【請求項5】

請求項１～３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置において、
前記第１周波数帯および前記第２周波数帯は、前記気筒の直径に応じて予め定められることを特徴とする内燃機関の制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、副燃焼室を有する内燃機関の制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、内燃機関のノッキングを検出するようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１記載の装置では、筒内圧センサの出力を介して得た筒内圧信号から、ノッキングの周波数を含む所定の周波数帯域の信号を抽出し、抽出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定される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００８－１５７０８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、主燃焼室と副燃焼室とを有する内燃機関では、副燃焼室から主燃焼室内に火炎を噴出させることで火炎伝播を早めるため、熱効率が高い半面、ノッキングの有無にかかわらず燃焼騒音が発生することがある。このため、ノッキングの発生だけでなく燃焼騒音の発生も検知することが好ましい。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一態様は、気筒内を往復動するピストンに面した主燃焼室と、噴孔を介して主燃焼室に連通する副燃焼室と、副燃焼室の内部の混合気を点火する点火部と、を有する内燃機関の制御装置であって、主燃焼室の圧力を検出する圧力検出部と、圧力検出部により検出された圧力の変動データから第１周波数帯の圧力変動データを抽出する第１抽出部と、圧力検出部により検出された圧力の変動データから、第１周波数帯より低い第２周波数帯の圧力変動データを抽出する第２抽出部と、内燃機関の燃焼サイクルごとに、第１抽出部により抽出された第１周波数帯の圧力変動データに含まれる第１最大振幅を算出するとともに、第２抽出部により抽出された第２周波数帯の圧力変動データに含まれる第２最大振幅を算出する振幅算出部と、振幅算出部により算出された第１最大振幅に基づいて、主燃焼室でノッキングが発生しているか否かを判定する第１判定部と、振幅算出部により算出された第２最大振幅に基づいて、主燃焼室で燃焼騒音が発生しているか否かを判定する第２判定部と、内燃機関の運転条件と、第１判定部および第２判定部による判定結果と、に基づいて、点火部の動作を制御する点火制御部と、を備える。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、ノッキングの発生と燃焼騒音の発生とを検知することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用される内燃機関としてのエンジンの要部構成を概略的に示す図。

【図2】図１の矢印II-II線に沿って切断した場合のエンジンの要部を示す図。

【図3】図１の要部拡大図。

【図4】本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置の要部構成を示すブロック図。

【図5】図１の主燃焼室でノッキングや燃焼騒音が発生するときの共鳴周波数について説明するための図。

【図6】図４の筒内圧センサにより検出される筒内圧の変動データおよびＢＰＦにより抽出される筒内圧の変動データの一例を示す図。

【図7】図４のコントローラで実行される処理の一例を示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図１～図７を参照して本発明の一実施形態について説明する。図１は、本発明が適用される内燃機関の一例であるエンジン１の要部構成を概略的に示す図である。エンジン１は、例えばガソリンを燃料として火花点火により混合気の燃焼を行うガソリンエンジンであり、動作周期の間に吸気、膨張、圧縮および排気の４つの行程を経る４ストロークエンジンである。吸気行程の開始から排気行程の終了までを、便宜上、エンジン１の燃焼行程の１サイクルまたは燃焼サイクルと称する。エンジン１は４気筒、６気筒、８気筒等、複数の気筒を有するが、図１には、単一の気筒の構成を示す。なお、各気筒の構成は互いに同一である。燃料は、アルコールを含む燃料であってもよい。

【0009】

図１に示すように、エンジン１は、シリンダブロック１１に形成された略円筒形状のシリンダ２と、シリンダ２の内壁に沿って摺動可能に配置されたピストン３と、ピストン３とシリンダヘッド１２との間に形成された燃焼室４と、を有する。ピストン３は、コンロッド５を介してクランクシャフト６に連結され、シリンダ２内をピストン３が往復動することにより、クランクシャフト６が回転する。なお、ピストン３の上面は例えば凹凸状に形成されるが、図１では、便宜上、平坦面として示す。

【0010】

シリンダヘッド１２には、吸気ポート１３と排気ポート１４とが設けられる。燃焼室４には、吸気ポート１３を介して吸気通路１５が連通する一方、排気ポート１４を介して排気通路１６が連通する。吸気ポート１３は吸気バルブ１７により開閉され、排気ポート１４は排気バルブ１８により開閉される。吸気バルブ１７の上流側の吸気通路１５には、スロットルバルブ１９が設けられ、スロットルバルブ１９により燃焼室４へ流れる吸気量が調整される。吸気バルブ１７と排気バルブ１８とは、不図示の動弁機構により、クランクシャフト６の回転に同期した所定のタイミングで開閉される。

【0011】

シリンダヘッド１２には、燃焼室４に臨むようにインジェクタ７が装着される。インジェクタ７は、例えばシリンダブロック１１の側方かつ吸気バルブ１７の近傍に、先端の燃料噴射口を斜め下方に向けて配置される。インジェクタ７は、コントローラ（図４）からの指令により、吸気行程から圧縮行程にかけての範囲内で１回または複数回、燃焼室４内に燃料を噴射する。すなわち、インジェクタ７は、筒内噴射型の燃料噴射弁として構成される。なお、インジェクタ７の配置はこれに限らず、例えば吸気ポート１３に面してインジェクタ７を配置し、ポート噴射型の燃料噴射弁として構成してもよい。

【0012】

図２は、シリンダ２を下方から見た図（図１の矢印II-II線に沿って切断した図）である。図２に示すように、一対の吸気バルブ１７と一対の排気バルブ１８との間には、シリンダ２の壁面付近に筒内圧センサ９が設けられる。筒内圧センサ９は、燃焼室４（主燃焼室４１）に臨むようにシリンダヘッド１２に設けられ、燃焼室４（主燃焼室４１）の圧力である筒内圧、より具体的にはシリンダ２の壁面付近の筒内圧を検出する。

【0013】

図１、図２に示すように、シリンダヘッド１２の中央部には、吸気ポート１３と排気ポート１４との間において、ピストン３に向けてハウジング４５が突設される。図３は、ハウジング４５の周囲の構成を拡大して示す図１の要部拡大図である。図３に示すように、ハウジング４５は、軸線ＣＬ１を中心とした断面略Ｕ字状、より具体的には、突出側の先端部４６が略円弧状（例えば半円状ないしドーム状）に形成され、先端部４６は、軸線ＣＬ１を中心とした対称形状を呈する。軸線ＣＬ１は、例えば図１のシリンダ２の中心線に一致する。軸線ＣＬ１がシリンダ２の中心線から例えばインジェクタ７の反対側にずれるようにハウジング４５を設けてもよい。

【0014】

ハウジング４５の先端部４６には、軸線ＣＬ１を中心として周方向等間隔に周方向複数の貫通孔、すなわち噴孔４７が開口される。噴孔４７は、軸線ＣＬ１からピストン３側かつ径方向外側に斜めに延在する軸線ＣＬ２に沿って放射状に開口される。なお、軸線ＣＬ１と軸線ＣＬ２とのなす角α１は、燃焼室壁に火炎ジェットが触れないような角度に設定することが好ましく、例えば３０°～６０°の範囲にある。

【0015】

燃焼室４は、ハウジング４５により、ハウジング４５の外側の主燃焼室４１と、ハウジング４５の内側の副燃焼室４２とに分けられる。図１に示すように、インジェクタ７は主燃焼室４１に面して配置され、主燃焼室４１に燃料が噴射される。吸気ポート１３と排気ポート１４との間のシリンダヘッド１２の中央部、より具体的には、軸線ＣＬ１上には、点火プラグ８が設けられる。点火プラグ８は、先端の点火部が副燃焼室４２に面するようにその長手方向の中心線が例えば軸線ＣＬ１に沿って配置され、コントローラ（図４）からの指令に応じて電気エネルギーにより点火部で火花を発生するように構成される。

【0016】

インジェクタ７から主燃焼室４１に燃料が噴射されると、主燃焼室４１で空気と燃料との混合気が生成される。この混合気の一部は、周方向複数の噴孔４７を介して副燃焼室４２に流入し、点火プラグ８で点火されて燃焼する。副燃焼室４２で生成された燃焼ガスは、噴孔近傍の混合気を未燃ガスジェットとして主燃焼室４１に追いやった後、複数の噴孔４７からトーチ状の火炎ジェット４８として放射状に噴出し、主燃焼室４１の混合気を燃焼させる。膨張行程では、主燃焼室４１で燃焼した高温高圧の燃焼ガスによってピストン３が押し下げられ、クランクシャフト６が回転される。

【0017】

このように副燃焼室４２の噴孔４７から主燃焼室４１内に火炎ジェット４８を噴出させる場合、主燃焼室４１での火炎伝播が早まるため、エンジン１の熱効率が高まる半面、ノッキングの有無にかかわらず燃焼騒音が発生することがある。そこで、本実施形態では、筒内圧センサ９により検出された筒内圧に基づいてノッキングの発生と燃焼騒音の発生とを検知することができるよう、以下のように内燃機関の制御装置を構成する。

【0018】

図４は、本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置（以下、装置）１００の要部構成を示すブロック図である。図４に示すように、装置１００は、コントローラ５０を中心として構成され、コントローラ５０にそれぞれ接続された点火プラグ８と、筒内圧センサ９と、クランク角センサ５１と、吸気量センサ５２と、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）５３，５４とを有する。

【0019】

クランク角センサ５１は、クランクシャフト６に設けられ、クランクシャフト６の回転に伴いパルス信号を出力するように構成される。コントローラ５０は、クランク角センサ５１からのパルス信号に基づいて、ピストン３の吸気行程開始時の上死点ＴＤＣの位置を基準としたクランクシャフト６の回転角度（クランク角）を特定するとともに、エンジン回転数を算出する。したがって、クランク角センサ５１は、エンジン回転数センサとしても機能する。

【0020】

吸気量センサ５２は、シリンダ２への吸入空気量を検出するセンサであり、例えば吸気通路１５（より具体的にはスロットルバルブの上流）に配置されたエアフロメータにより構成される。コントローラ５０は、吸気量センサ５２からの信号に基づいてインジェクタ７の目標噴射量を算出する。吸気量センサ５２により検出される吸気量は、エンジン１の出力トルクと相関関係を有する。したがって、吸気量センサ５２は、エンジン負荷を検出するトルクセンサとしても機能する。

【0021】

図５は、主燃焼室４１でノッキングや燃焼騒音が発生するときの共鳴周波数について説明するための図である。発明者らは、Ｗａｖｅｌｅｔ変換を用いて筒内圧の変動（経時変化）を周波数ごとに解析し、ノッキング発生時と燃焼騒音発生時とでは圧力変動が大きくなる周波数帯が異なることを知見した。すなわち、ノッキング発生時は、第１周波数帯（１０～１６ｋＨｚ）と、第１周波数帯より低い第２周波数帯（６～９ｋＨｚ）とで圧力変動が大きくなり、燃焼騒音発生時は、第２周波数帯のみで圧力変動が大きくなることを知見した。

【0022】

点火プラグ８（図３）による点火が行われると、副燃焼室４２の各噴孔４７から主燃焼室４１内に火炎ジェット４８が噴出し、火炎ジェット４８が到達するシリンダ２の壁面付近で筒内圧が高まることで圧力波が発生する。また、ノッキング発生時は、シリンダ２の壁面付近の複数の着火点で混合気が自着火し、各着火点を起点とする圧力波も発生する。このように発生した圧力波は、シリンダ２の反対側の壁面で反射した反射波と干渉し、これにより主燃焼室４１内で共鳴現象が発生する。

【0023】

点火プラグ８による点火が行われる上死点ＴＤＣ付近のクランク角では、主燃焼室４１は直径に対して高さが十分小さい円筒空間を形成する。このような円筒空間では、周方向と径方向とに振幅と位相の空間分布を有する複数の共鳴モードが発生する。図５には、円筒空間で発生する共鳴モードのモード形状が示される。破線は共鳴振動の節線を表し、±は共鳴振動の位相を表す。周方向の次数ｍは、円筒空間の周方向における節線の本数に対応し、径方向の次数ｎは、円筒空間の径方向における節線の本数に対応する。

【0024】

このような共鳴モードの周波数（共鳴周波数）ｆ_m,n,0［Ｈｚ］は、Ｄｒａｐｅｒの式に基づいて推定することができる。ρ_m,n,0はモード定数、κは比熱比、Ｒは気体定数［Ｊ／ｋｇＫ］、Τは主燃焼室４１の代表温度［Ｋ］、Ｂは円筒空間の直径（すなわち、シリンダ２の直径）［ｍ］である。
ｆ_1,0,0＝ρ_1,0,0（κＲＴ）^1/2／πＢ

【0025】

図５では、一例として、円筒空間の直径Ｂを０．０７３［ｍ］、比熱比κを１．３、気体定数Ｒを２８７［Ｊ／ｋｇＫ］、代表温度Τを２４２４［Ｋ］とした場合の共鳴周波数ｆ_m,n,0を示す。ノッキング発生時にのみ圧力変動が大きくなる第１周波数帯（１０～１６ｋＨｚ）は、（２，０，０）モードの共鳴周波数ｆ_2,0,0（１２．６［ｋＨｚ］）付近の周波数帯である。ノッキング発生時および燃焼騒音発生時の両方で圧力変動が大きくなる第２周波数帯（６～９ｋＨｚ）は、（１，０，０）モードの共鳴周波数ｆ_1,0,0（７．６３［ｋＨｚ］）付近の周波数帯である。

【0026】

ノッキング発生時は、火炎ジェット４８が到達するシリンダ２の壁面付近と、その反対側の壁面付近とで同時に自着火が発生し、各着火点を起点とする圧力波と反射波とが干渉する。これにより、（１，０，０）モードの共鳴と（２，０，０）モードの共鳴とが同時に発生する。ノッキングはエンジン部品の損傷につながるため、第１周波数帯（１０～１６ｋＨｚ）の圧力変動の大きさを監視し、ノッキング発生時に見られる所定以上の圧力変動が観測された場合には、直ちに点火時期を遅角し、ノッキングを解消する必要がある。この場合、ノッキングを解消するために十分な遅角量（第１所定量）θ１を確保する必要がある（例えば、１．５［ｄｅｇ］程度）。

【0027】

一方、ノッキングが発生していなければ、燃焼騒音が発生していても、すなわち燃焼音がユーザに違和感を与えるほど大きくなったとしても、エンジン部品が損傷することはない。ただし、その音量（圧力変動の大きさ）が大きい状態が一定の頻度以上で発生すると、ユーザに違和感を与え、エンジン１の商品性を低下させるおそれがある。燃焼音も、ノッキングと同様に、点火時期を遅角することで緩和することができる。燃焼音は、ユーザに違和感を与えない程度まで軽減すればよく、燃焼音を軽減するための遅角量（第２所定量）θ２は、ノッキングを解消するために必要となる第１所定量θ１よりも小さい（θ１＞θ２）（例えば、０．５［ｄｅｇ］程度）。

【0028】

（１，０，０）モードの共鳴による第２周波数帯（６～９ｋＨｚ）の圧力変動は、燃焼騒音として認識され得るが、（２，０，０）モードの共鳴による第１周波数帯（１０～１６ｋＨｚ）の圧力変動は、高周波のため燃焼騒音として認識され難い。第２周波数帯（６～９ｋＨｚ）の圧力変動の大きさを監視し、燃焼騒音として認識され得る所定以上の圧力変動が観測され、かつ、その観測頻度が所定頻度を超えた場合には、第２所定量θ２だけ点火時期を遅角することで、燃焼音を緩和することができる。

【0029】

図４のＢＰＦ５３は、筒内圧センサ９により検出された筒内圧の変動データから第１周波数帯の圧力変動データを抽出するように構成され、ＢＰＦ５４は、第２周波数帯の圧力変動データを抽出するように構成される。

【0030】

図６は、筒内圧センサ９により検出される筒内圧（センサ値）Ｐ０の変動データおよびＢＰＦ５３，５４により抽出される筒内圧Ｐ１，Ｐ２の変動データの一例を示す図であり、クランク角θに対する筒内圧Ｐ０～Ｐ２の変動データの一例を示す。

【0031】

図４のコントローラ５０は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）により構成され、ＣＰＵ等の演算部５０Ａと、ＲＯＭ，ＲＡＭ等の記憶部５０Ｂと、その他の周辺回路とを有するコンピュータを含んで構成される。コントローラ５０の演算部５０Ａは、振幅算出部５５と、第１判定部５６と、第２判定部５７と、点火制御部５８として機能する。

【0032】

振幅算出部５５は、エンジン１の燃焼サイクルごとに、ＢＰＦ５３により抽出された第１周波数帯の圧力変動データに含まれる最大振幅ＰＰ１を算出するとともに、ＢＰＦ５４により抽出された第２周波数帯の圧力変動データに含まれる最大振幅ＰＰ２を算出する。より具体的には、図６に示すように、第１周波数帯の筒内圧Ｐ１および第２周波数帯の筒内圧Ｐ２の変動データから、燃焼サイクルごとに振幅が最大となる箇所を検出し、最大振幅（Ｐ－Ｐ（Peak to Peak）値）ＰＰ１，ＰＰ２を算出する。

【0033】

なお、図５に示すように、第１周波数帯に対応する（２，０，０）モードでも、第２周波数帯に対応する（１，０，０）モードでも、シリンダ２の壁面付近が振幅の腹となる。図２に示すように、筒内圧センサ９をシリンダ２の壁面付近に設け、シリンダ２の壁面付近の筒内圧Ｐ０を検出することで、圧力変動の最大振幅ＰＰ１，ＰＰ２を精度よく検出することができる。

【0034】

第１判定部５６は、振幅算出部５５により算出された最大振幅ＰＰ１に基づいて、主燃焼室４１でノッキングが発生しているか否かを判定する。より具体的には、最大振幅ＰＰ１がエンジン１の運転条件に応じて予め定められた第１閾値ｐｐ１を超えるか否かを判定する。最大振幅ＰＰ１が第１閾値ｐｐ１を超える場合（ＰＰ１＞ｐｐ１）は、ノッキングが発生していると判定し、第１閾値ｐｐ１以下の場合（ＰＰ１≦ｐｐ１）は、ノッキングが発生していないと判定する。

【0035】

第１判定部５６によるノッキングの判定に用いられる第１閾値ｐｐ１は、試験により予め定められ、記憶部５０Ｂに記憶される。第１閾値ｐｐ１を定めるための試験は、エンジン１の運転条件、すなわちエンジン回転数とエンジン負荷（吸気量）とを変えながら行われ、第１閾値ｐｐ１は、回転数と負荷とに応じて予め定められた特性マップとして記憶部５０Ｂに記憶される。第１判定部５６は、クランク角センサ５１により検出されたエンジン回転数と吸気量センサ５２により検出されたエンジン負荷とに基づいて、記憶部５０Ｂに記憶された特性マップから運転条件に応じた第１閾値ｐｐ１を検索し、ノッキングの判定に用いる。

【0036】

第２判定部５７は、第１判定部５６により主燃焼室４１でノッキングが発生していないと判定されることを条件として、振幅算出部５５により算出された最大振幅ＰＰ２に基づいて、主燃焼室４１で燃焼騒音が発生しているか否かを判定する。

【0037】

第２判定部５７は、先ず、燃焼音が基準より大きいか否かを判定する。より具体的には、最大振幅ＰＰ２がエンジン１の運転条件に応じて予め定められた第２閾値ｐｐ２を超えるか否かを判定する。最大振幅ＰＰ２が第２閾値ｐｐ２を超える場合（ＰＰ２＞ｐｐ１）は、燃焼音が基準より大きいと判定し、第２閾値ｐｐ２以下の場合（ＰＰ２≦ｐｐ２）は、燃焼音が基準以下であると判定する。

【0038】

第２判定部５７による燃焼音の判定に用いられる第２閾値ｐｐ２も、第１閾値ｐｐ１と同様に、試験により予め定められ、エンジン回転数とエンジン負荷（吸気量）とに応じて予め定められた特性マップとして記憶部５０Ｂに記憶される。第２判定部５７は、クランク角センサ５１により検出されたエンジン回転数と吸気量センサ５２により検出されたエンジン負荷とに基づいて、記憶部５０Ｂに記憶された特性マップから運転条件に応じた第２閾値ｐｐ２を検索し、燃焼音の判定に用いる。

【0039】

第２判定部５７は、燃焼サイクルごとの燃焼音の判定において、連続して、燃焼サイクルで燃焼音が基準より大きいと判定した回数Ｃ２が所定回数ｃ２（例えば、１回）を超えると、主燃焼室４１で燃焼騒音が発生していると判定する。

【0040】

第２判定部５７による燃焼騒音の判定に用いられる所定回数ｃ２も、第１閾値ｐｐ１や第２閾値ｐｐ２と同様に、試験により予め定められ、エンジン回転数とエンジン負荷（吸気量）とに応じて予め定められた特性マップとして記憶部５０Ｂに記憶される。第２判定部５７は、クランク角センサ５１により検出されたエンジン回転数と吸気量センサ５２により検出されたエンジン負荷とに基づいて、記憶部５０Ｂに記憶された特性マップから運転条件に応じた所定回数ｃ２を検索し、燃焼騒音の判定に用いる。

【0041】

点火制御部５８は、エンジン１の運転条件と、第１判定部５６および第２判定部５７による判定結果とに基づいて、点火プラグ８の動作を制御する。すなわち、点火制御部５８は、ノッキングも燃焼騒音も発生していない場合は、エンジン１の運転条件に応じて予め定められた基準点火時期θ０、例えば最大トルクが得られる最適点火時期ＭＢＴで点火を行うように、点火プラグ８の動作を制御する。

【0042】

点火制御部５８は、第１判定部５６により主燃焼室４１でノッキングが発生していると判定されると、第１所定量θ１だけ点火時期を遅角するように点火プラグ８の動作を制御する（θ０→θ０＋θ１）。また、第２判定部５７により主燃焼室４１で燃焼騒音が発生していると判定されると、第２所定量θ２だけ点火時期を遅角するように点火プラグ８の動作を制御する（θ０→θ０＋θ２）。第１所定量θ１および第２所定量θ２は、試験により予め定められ、記憶部５０Ｂに記憶される。

【0043】

図７は、予め記憶されたプログラムに従い、図４のコントローラ５０で実行される処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、エンジン始動後に開始され、所定周期で繰り返される。

【0044】

図７に示すように、先ずステップＳ１で、クランク角センサ５１および吸気量センサ５２からの信号と、ＢＰＦ５３，５４により抽出された第１周波数帯の筒内圧Ｐ１および第２周波数帯の筒内圧Ｐ２の変動データとを読み込む。次いでステップＳ２で、ステップＳ１で読み込まれた信号に基づいてエンジン１の運転条件を特定する。次いでステップＳ３で、ステップＳ１で読み込まれた第１周波数帯の筒内圧Ｐ１の変動データに基づいて、エンジン１の燃焼サイクルごとの最大振幅ＰＰ１を算出する。次いでステップＳ４で、ステップＳ３で算出された最大振幅ＰＰ１が、ステップＳ２で特定された運転条件に対応する第１閾値ｐｐ１を超えるか否かを判定する。

【0045】

ステップＳ４で肯定されると、ステップＳ５に進み、主燃焼室４１でノッキングが発生していると判定し、ステップＳ６に進む。ステップＳ６では、ステップＳ２で特定された運転条件に対応する基準点火時期θ０を第１所定量θ１だけ遅角（θ０→θ０＋θ１）するように点火プラグ８に制御信号を出力し、処理を終了する。

【0046】

一方、ステップＳ４で否定されると、主燃焼室４１でノッキングが発生していないと判定し、ステップＳ７に進む。ステップＳ７では、ステップＳ１で読み込まれた第２周波数帯の筒内圧Ｐ２の変動データに基づいて、エンジン１の燃焼サイクルごとの最大振幅ＰＰ２を算出する。次いでステップＳ８で、ステップＳ７で算出された最大振幅ＰＰ２が、ステップＳ２で特定された運転条件に対応する第２閾値ｐｐ２を超えるか否かを判定する。

【0047】

ステップＳ８で否定されると、燃焼音が基準以下であると判定してステップＳ９に進み、主燃焼室４１でノッキングも燃焼騒音も発生していないと判定し、ステップＳ１０に進む。ステップＳ１０では、ステップＳ２で特定された運転条件に対応する基準点火時期θ０（最適点火時期ＭＢＴ）まで必要に応じて進角するように点火プラグ８に制御信号を出力し、処理を終了する。

【0048】

一方、ステップＳ８で肯定されると、燃焼音が基準より大きいと判定してステップＳ１１に進み、燃焼音が基準より大きいと判定した回数Ｃ２をカウントアップし（Ｃ２（今回値）＝Ｃ２（前回値）＋１）、ステップＳ１２に進む。ステップＳ１２では、燃焼音が基準より大きいと判定した回数Ｃ２が、ステップＳ２で特定された運転条件に対応する所定回数ｃ２を超えるか否かを判定する。

【0049】

ステップＳ１２で肯定されると、ステップＳ１３に進み、主燃焼室４１で燃焼騒音のみが発生していると判定し、ステップＳ１４に進む。ステップＳ１４では、ステップＳ２で特定された運転条件に対応する基準点火時期θ０を第２所定量θ２だけ遅角（θ０→θ０＋θ２）するように点火プラグ８に制御信号を出力し、処理を終了する。一方、ステップＳ１２で否定されると、点火時期の遅角も進角も行うことなく処理を終了する。

【0050】

ノッキング発生時にのみ圧力変動が大きくなる第１周波数帯と燃焼騒音発生時に圧力変動が大きくなる第２周波数帯とをそれぞれ監視することで、ノッキングの発生と燃焼騒音の発生とを個別に検知することができる（Ｓ３～Ｓ４，Ｓ７～Ｓ８）。また、エンジン部品の損傷につながるノッキングの発生を優先的に検知することで、ノッキングが発生した場合でも直ちに解消することができる（Ｓ４）。また、燃焼音が基準より大きい状態が継続したときに限って燃焼騒音の発生を検知するため、点火時期の過剰な遅角を抑制し、エンジン出力や燃費の低下を最小限に抑えることができる（Ｓ８，Ｓ１１～Ｓ１３）。

【0051】

本実施形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）装置１００は、シリンダ２内を往復動するピストン３に面した主燃焼室４１と、噴孔４７を介して主燃焼室４１に連通する副燃焼室４２と、副燃焼室４２の内部の混合気を点火する点火プラグ８とを有するエンジン１を制御する（図１～図３）。

【0052】

装置１００は、主燃焼室４１の圧力を検出する筒内圧センサ９と、筒内圧センサ９により検出された圧力の変動データから第１周波数帯（１０～１６ｋＨｚ）の圧力変動データを抽出するＢＰＦ５３と、筒内圧センサ９により検出された圧力の変動データから、第１周波数帯より低い第２周波数帯（６～９ｋＨｚ）の圧力変動データを抽出するＢＰＦ５４と、エンジン１の燃焼サイクルごとに、ＢＰＦ５３により抽出された第１周波数帯の圧力変動データに含まれる最大振幅ＰＰ１を算出するとともに、ＢＰＦ５４により抽出された第２周波数帯の圧力変動データに含まれる最大振幅ＰＰ２を算出する振幅算出部５５とを備える（図４）。

【0053】

装置１００は、さらに、振幅算出部５５により算出された最大振幅ＰＰ１に基づいて、主燃焼室４１でノッキングが発生しているか否かを判定する第１判定部５６と、振幅算出部５５により算出された最大振幅ＰＰ２に基づいて、主燃焼室４１で燃焼騒音が発生しているか否かを判定する第２判定部５７と、エンジン１の運転条件と、第１判定部５６および第２判定部５７による判定結果と、に基づいて、点火プラグ８の動作を制御する点火制御部５８とを備える（図４）。

【0054】

すなわち、ＢＰＦ５３，５４を設け、ノッキング発生時にのみ圧力変動が大きくなる第１周波数帯（１０～１６ｋＨｚ）と燃焼騒音発生時に圧力変動が大きくなる第２周波数帯（６～９ｋＨｚ）とをそれぞれ監視する。これにより、単一の筒内圧センサ９による単一のセンサ値Ｐ０に基づいて、ノッキングの発生と燃焼騒音の発生とをそれぞれ精度よく検知することができる。

【0055】

（２）第２判定部５７は、第１判定部５６により主燃焼室４１でノッキングが発生していないと判定されることを条件として、主燃焼室４１で燃焼騒音が発生しているか否かを判定する。これにより、エンジン部品の損傷につながるノッキングの発生を優先的に検知することができる。

【0056】

（３）点火制御部５８は、第１判定部５６により主燃焼室４１でノッキングが発生していると判定されると第１所定量θ１だけ点火時期を遅角するように点火プラグ８の動作を制御し、第２判定部５７により主燃焼室４１で燃焼騒音が発生していると判定されると第１所定量θ１より小さい第２所定量θ２だけ点火時期を遅角するように点火プラグ８の動作を制御する。

【0057】

すなわち、ノッキングが発生している場合は、十分な遅角量（第１所定量）θ１を確保することでノッキングを確実に解消し、燃焼騒音が発生している場合は、ある程度の遅角量（第２所定量θ２）で燃焼音を軽減する。点火時期を、エンジン１の運転条件に応じて予め定められた最適な基準点火時期θ０よりも遅角すると、エンジン出力や燃費が低下する。ノッキングの発生と燃焼騒音の発生とをそれぞれ判定し、発生事象に応じた適切な遅角を行うことで、点火時期の遅角によるエンジン出力や燃費の低下を最小限に抑えることができる。

【0058】

（４）装置１００は、主燃焼室４１でノッキングが発生しているときの最大振幅ＰＰ１に対応する第１閾値ｐｐ１と、主燃焼室４１で燃焼騒音が発生しているときの最大振幅ＰＰ２に対応する第２閾値ｐｐ２と、所定回数ｃ２と、を記憶する記憶部５０Ｂをさらに備える（図４）。第１判定部５６は、最大振幅ＰＰ１が記憶部５０Ｂに記憶された第１閾値ｐｐ１を超えると、主燃焼室４１でノッキングが発生していると判定する。第２判定部５７は、最大振幅ＰＰ２が記憶部５０Ｂに記憶された第２閾値ｐｐ２を超えた回数Ｃ２が記憶部５０Ｂに記憶された所定回数ｃ２を超えると、主燃焼室４１で燃焼騒音が発生していると判定する。第１閾値ｐｐ１と第２閾値ｐｐ２と所定回数ｃ２とは、エンジン１の運転条件に応じて予め定められる。

【0059】

より具体的には、第１閾値ｐｐ１と第２閾値ｐｐ２と所定回数ｃ２とは、それぞれ、エンジン回転数とエンジン負荷とに応じて予め定められた特性マップとして記憶部５０Ｂに記憶される。このように、ノッキングや燃焼音、燃焼騒音の判定に用いる閾値をエンジン１の運転条件に応じてきめ細かく設定しておくことで、ノッキングの発生と燃焼騒音の発生とを一層精度よく検知することができる。また、ノッキングの発生と燃焼騒音の発生とを過剰に判定することを防止でき、点火時期の遅角によるエンジン出力や燃費の低下を最小限に抑えることができる。

【0060】

（５）第１周波数帯および第２周波数帯は、シリンダ２の直径Ｂに応じて予め定められる。すなわち、主燃焼室４１と副燃焼室４２とを有するエンジン１であれば、シリンダ２の直径Ｂに応じて適切な第１周波数帯および第２周波数帯を定め、ノッキングの発生と燃焼騒音の発生とを精度よく検知することができる。

【0061】

以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態と変形例の１つまたは複数を任意に組み合わせることも可能であり、変形例同士を組み合わせることも可能である。

【符号の説明】

【0062】

１ エンジン、２ シリンダ、３ ピストン、８ 点火プラグ、９ 筒内圧センサ、４１ 主燃焼室、４２ 副燃焼室、４７ 噴孔、５０ コントローラ、５０Ａ 演算部、５０Ｂ 記憶部、５１ クランク角センサ、５２ 吸気量センサ、５３，５４ ＢＰＦ、５５ 振幅算出部、５６ 第１判定部、５７ 第２判定部、５８ 点火制御部、１００ 制御装置（装置）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】