(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
理論空燃比近傍で運転を行なうストイキオ運転モードと、理論空燃比よりも希薄な空燃比領域で運転を行なうリーン運転モードとを、機関運転状態に応じて切り換えることができる火花点火式の希薄燃焼内燃機関であって、排気系に排気浄化触媒を備え、基本的な点火時期が該ストイキオ運転モードと該リーン運転モードとで異なるように設定されたものにおいて、
機関のノッキングを検出するノックセンサと、
該ノックセンサ出力から得られるノックデータと該ノックデータ又は該ノックセンサ出力に基づいて求められると共に該ストイキオ運転モードと該リーン運転モードとで共通に用いられるノック学習値とから機関のノックを抑制するように機関の点火時期を調整する制御手段とを有し、
上記学習値を更新する運転領域を、上記ストイキオ運転モードと上記リーン運転モードとで別設定し、選択されている運転モードに応じた運転領域で上記学習値の更新を行なうように構成されるとともに、
上記学習値を更新する運転領域が少なくとも内燃機関の負荷に応じて設定され、上記ストイキオ運転モードと上記リーン運転モードとでノックの発生しやすい領域の狭い一方の運転モードにおける上記学習値を更新する運転領域の負荷対応下限値が該領域の広い方のモードにおける負荷対応下限値よりも高く設定されていることを特徴とする、希薄燃焼内燃機関。
【請求項２】
上記内燃機関は、吸気量又は吸気負圧データにより上記運転モードを設定するように構成され、
上記学習値を更新する運転領域の負荷対応下限値は、上記ストイキオ運転モードにおける領域よりも上記リーン運転モードにおける領域の方が高く設定されていることを特徴とする、請求項１記載の希薄燃焼内燃機関。
【請求項３】
理論空燃比近傍で運転を行なうストイキオ運転モードと、理論空燃比よりも希薄な空燃比領域で運転を行なうリーン運転モードとを、機関運転状態に応じる吸気量又は吸気負圧データにより切り換えることができる火花点火式の希薄燃焼内燃機関であって、排気系に排気浄化触媒を備え、基本的な点火時期が該ストイキオ運転モードと該リーン運転モードとで異なるように設定されたものにおいて、
機関のノッキングを検出するノックセンサと、
該ノックセンサ出力から得られるノックデータと該ノックデータ又は該ノックセンサ出力に基づいて求められると共に該ストイキオ運転モードと該リーン運転モードとで共通に用いられるノック学習値とから機関のノックを抑制するように機関の点火時期を調整する制御手段とを有し、
上記学習値を更新する運転領域を、上記ストイキオ運転モードと上記リーン運転モードとで別設定し、選択されている運転モードに応じた運転領域で上記学習値の更新を行なうように構成されるとともに、
上記学習値を更新する運転領域の負荷対応下限値は、上記ストイキオ運転モードにおける領域よりも上記リーン運転モードにおける領域の方が高く設定されていることを特徴とする、希薄燃焼内燃機関。
【請求項４】
理論空燃比近傍で運転を行なうストイキオ運転モードと、理論空燃比よりも希薄な空燃比領域で運転を行なうリーン運転モードとを、機関運転状態に応じて切り換えることができる火花点火式の希薄燃焼内燃機関であって、排気系に排気浄化触媒を備え、基本的な点火時期が該ストイキオ運転モードと該リーン運転モードとで異なるように設定されたものにおいて、
機関のノッキングを検出するノックセンサと、
該ノックセンサ出力から得られるノックデータと該ノックデータ又は該ノックセンサ出力に基づいて求められると共に該ストイキオ運転モードと該リーン運転モードとで共通に用いられるノック学習値とから機関のノックを抑制するように機関の点火時期を調整する制御手段とを有し、
上記学習値を更新する運転領域を、上記ストイキオ運転モードと上記リーン運転モードとで別設定し、選択されている運転モードに応じた運転領域で上記学習値の更新を行なうように構成されるとともに、
上記学習値を更新する運転領域は、該内燃機関の負荷に応じて設定され、該運転領域には、上記学習値を遅角側に更新する遅角領域と、上記学習値を進角側に更新する進角領域とがそれぞれ設定されるとともに、該進角領域が設定される負荷対応下限値が該遅角領域が設定される負荷対応下限値よりも低く設定されていることを特徴とする、希薄燃焼内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機関のノックを防止するためにノックセンサの出力と運転状態に対応したノック学習値とからノック判定を行なう希薄燃焼内燃機関に関し、特に、燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内噴射内燃機関であってノック制御を行なうものに用いて好適の、希薄燃焼内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
火花点火式内燃機関（一般には、ガソリンエンジン）では、ノック（ノッキング）の発生が過度に生じると機関の出力低下やオーバヒート等の原因ともなり好ましくない。一方、機関の出力を効率よく発生させるには、ノックが発生する直前の状態に点火時期を制御することが好ましい。このため、ノックの発生をその発生直前状態に制御する技術（ノック制御）が開発されている。
【０００３】
このノック制御とは、通常、ノックセンサからの出力に基づいて、ノック発生が検出された場合には、ノックセンサ出力に基づくフィードバック制御によりノックが生じない方向（遅角側）に点火時期を変更し、逆に、ノック発生が検出されない場合には、ノックセンサ出力に基づくフィードバック制御によりノックが生じる方向（進角側）に点火時期を変更して、ノックは発生しないがノック発生直前の状態に点火時期を制御しようとする技術である。
【０００４】
このようなノック制御においては、オクタン価やエンジンの固体差によりノックの発生状況等が異なるため、ノックが発生しない範囲でノック発生直前の機関の出力を効率よく発生させうる状態に極力近づけるように、ノックセンサ出力に基づくフィードバック制御によりエンジンの運転状態に応じて学習値を求めて、この学習値を更新しながら、常に適切な点火時期が設定されるようにして、ノックセンサ出力とこの学習値とに基づいて点火時期を制御することが知られている（特開昭６０−１６２０６３号，特開昭５９−１１３２６７号参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、現在市販されているストイキオ運転（空燃比を理論空燃比に制御する運転）とリーン運転（空燃比を理論空燃比よりもリーン側に制御する運転）とをエンジンの運転状態に応じて切り換える希薄燃焼内燃機関において、特に、三元触媒をそなえたものでは、リーン運転域ではＮＯｘの発生を抑制するため、ストイキオ運転域よりも点火時期を遅角側に設定（ノックが発生する点火時期よりも余裕をもって遅角側に設定）しており、この場合、ノック制御用の学習値を更新する運転領域を、ストイキオ運転時とリーン運転時とで同じ領域に設定すると、リーン運転域におけるノックの発生しない運転領域においても学習値が更新されることになる。
【０００６】
つまり、ストイキオ運転域とリーン運転域とをカバーする広い領域に亘って学習値を更新すると、リーン運転域でのノックの発生しない運転域でも学習値が更新されて、仮にノックの発生しない運転域での運転状態が継続した場合、点火時期が大きく進角側へ変更されることになり、更新された学習値により不適切に進角調整されるため、リーン運転域からこのリーン運転域よりもノックの発生し易いストイキオ運転域に運転状態が切り換わった場合に、極めてノックが発生し易くなってしまう。
【０００７】
なお、三元触媒の代わりにリーンＮＯｘ触媒を用いた場合、リーンＮＯｘ触媒によるリーン運転域でもＮＯｘ浄化効率が高ければ、リーン運転域での点火時期をストイキオ運転時よりも進角側に設定することも可能となるため、ストイキオ運転域の方が、ノックの発生しない運転領域が広くなる場合がある。
また、希薄燃焼内燃機関では、エンジン制御をより精度良く行なうために、エンジンの負荷情報としてエアフローセンサ等の出力から算出される体積効率Ｅｖを採用しこの体積効率Ｅｖに基づいてノック制御が実施される場合がある。この場合、ＮＯｘの浄化に関係なくリーン運転域とストイキオ運転域とで同一Ｅｖレベルで学習値の更新を行なうように更新領域を設定すると、実質的な負荷レベルがストイキオ運転域に比べてリーン運転域の方が低いため、ストイキオ運転ではノックが発生する領域であってもリーン運転ではノックが発生しにくい領域で学習値の更新が行なわれてしまうことになり、適切な学習値の更新が行なえない。
【０００８】
本発明は、上述の課題に鑑み創案されたもので、ストイキオ運転域とリーン運転域とで学習値を更新する運転領域を変更するようにして、特に、運転モードの切換後に生じやすいノックの発生を抑制することができるようにした、希薄燃焼内燃機関を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の本発明の希薄燃焼内燃機関は、理論空燃比近傍で運転を行なうストイキオ運転モードと、理論空燃比よりも希薄な空燃比領域で運転を行なうリーン運転モードとを、機関運転状態に応じて切り換えることができる火花点火式の希薄燃焼内燃機関であって、排気系に排気浄化触媒を備え、基本的な点火時期が該ストイキオ運転モードと該リーン運転モードとで異なるように設定されたものにおいて、機関のノッキングを検出するノックセンサと、該ノックセンサ出力から得られるノックデータと該ノックデータ又は該ノックセンサ出力に基づいて求められると共に該ストイキオ運転モードと該リーン運転モードとで共通に用いられるノック学習値とから機関のノックを抑制するように機関の点火時期を調整する制御手段とを有し、上記学習値を更新する運転領域を、上記ストイキオ運転モードと上記リーン運転モードとで別設定し、選択されている運転モードに応じた運転領域で上記学習値の更新を行なうように構成されるとともに、上記学習値を更新する運転領域が少なくとも内燃機関の負荷に応じて設定され、上記ストイキオ運転モードと上記リーン運転モードとでノックの発生しやすい領域の狭い一方の運転モードにおける上記学習値を更新する運転領域の負荷対応下限値が該領域の広い方のモードにおける負荷対応下限値よりも高く設定されていることを特徴としている。
【００１０】
請求項２の本発明の希薄燃焼内燃機関は、請求項１記載の機関において、上記内燃機関は、吸気量又は吸気負圧データにより上記運転モードを設定するように構成され、上記学習値を更新する運転領域の負荷対応下限値は、上記ストイキオ運転モードにおける領域よりも上記リーン運転モードにおける領域の方が高く設定されていることを特徴としている。
【００１１】
請求項３記載の本発明の希薄燃焼内燃機関は、理論空燃比近傍で運転を行なうストイキオ運転モードと、理論空燃比よりも希薄な空燃比領域で運転を行なうリーン運転モードとを、機関運転状態に応じる吸気量又は吸気負圧データにより切り換えることができる火花点火式の希薄燃焼内燃機関であって、排気系に排気浄化触媒を備え、基本的な点火時期が該ストイキオ運転モードと該リーン運転モードとで異なるように設定されたものにおいて、機関のノッキングを検出するノックセンサと、該ノックセンサ出力から得られるノックデータと該ノックデータ又は該ノックセンサ出力に基づいて求められると共に該ストイキオ運転モードと該リーン運転モードとで共通に用いられるノック学習値とから機関のノックを抑制するように機関の点火時期を調整する制御手段とを有し、上記学習値を更新する運転領域を、上記ストイキオ運転モードと上記リーン運転モードとで別設定し、選択されている運転モードに応じた運転領域で上記学習値の更新を行なうように構成されるとともに、上記学習値を更新する運転領域の負荷対応下限値は、上記ストイキオ運転モードにおける領域よりも上記リーン運転モードにおける領域の方が高く設定されていることを特徴としている。
【００１３】
請求項４記載の本発明の希薄燃焼内燃機関は、理論空燃比近傍で運転を行なうストイキオ運転モードと、理論空燃比よりも希薄な空燃比領域で運転を行なうリーン運転モードとを、機関運転状態に応じて切り換えることができる火花点火式の希薄燃焼内燃機関であって、排気系に排気浄化触媒を備え、基本的な点火時期が該ストイキオ運転モードと該リーン運転モードとで異なるように設定されたものにおいて、機関のノッキングを検出するノックセンサと、該ノックセンサ出力から得られるノックデータと該ノックデータ又は該ノックセンサ出力に基づいて求められると共に該ストイキオ運転モードと該リーン運転モードとで共通に用いられるノック学習値とから機関のノックを抑制するように機関の点火時期を調整する制御手段とを有し、上記学習値を更新する運転領域を、上記ストイキオ運転モードと上記リーン運転モードとで別設定し、選択されている運転モードに応じた運転領域で上記学習値の更新を行なうように構成されるとともに、上記学習値を更新する運転領域は、該内燃機関の負荷に応じて設定され、該運転領域には、上記学習値を遅角側に更新する遅角領域と、上記学習値を進角側に更新する進角領域とがそれぞれ設定されるとともに、該進角領域が設定される負荷対応下限値が該遅角領域が設定される負荷対応下限値よりも低く設定されていることを特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面により、本発明の実施の形態について説明すると、図１〜図５は本発明の一実施形態としての希薄燃焼内燃機関を示すもので、これらの図に基づいて説明する。
本希薄燃焼内燃機関は、図３に示すように、吸気，圧縮，膨張，排気の各行程を一作動サイクル中にそなえる内燃機関、即ち４サイクルエンジンであって、火花点火式で、且つ、燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射エンジン（筒内噴射内燃機関）として構成されている。
【００１５】
燃焼室１には、吸気通路２および排気通路３が連通しうるように接続されており、吸気通路２と燃焼室１とは吸気弁４によって連通制御されるとともに、排気通路３と燃焼室１とは排気弁５によって連通制御されるようになっている。
また、吸気通路２には、上流側から順にエアクリーナ６およびスロットル弁７が設けられており、排気通路３には、その上流側から順に排出ガス浄化用触媒としての排出ガス浄化用触媒コンバータ９および図示しないマフラ (消音器）が設けられている。なお、吸気通路２には、サージタンク２ａが設けられている。
【００１６】
また、排出ガス再循環装置（以下、ＥＧＲ装置という）１０が配設されている。つまり、吸気通路２のサージタンク２ａ部分と排気通路３の上流側とを接続するように排気還流通路１０ｂが設けられており、この排気還流通路１０ｂにはＥＧＲバルブ１０ａが取り付けられている。
そして、このＥＧＲバルブ１０ａによって、排気通路３から吸気通路２への排出ガス（排気又は排気ガス又は排ガスともいう）の流量を制御できるようになっている。なお、ＥＧＲバルブ１０ａの制御はエンジンの運転状態に応じて行なわれるようになっている。
【００１７】
また、スロットル弁７は図示しないアクセルペダルの踏込み量に応じて開度が変わり、これにより燃焼室１内に導入される空気量が調整されるようになっている。更に、１６は、アイドルスピードコントロールバルブであり、吸気通路２のスロットル弁設置部分をバイパスするバイパス路１６Ａに設けられ、図示しないステッパモータによって開閉駆動され、主にスロットル弁７全閉又は略全閉時におけるアイドル回転数を微調整している。
【００１８】
５０はエアバイパスバルブ（ＡＢＶ）であり、吸気通路２のスロットル弁７設置部分をバイパスするようにスロットル弁７の上流側の吸気通路２とサージタンク２ａとを連通するバイパス路５０Ａに設けられ、スロットル弁７とは別個に吸気量を調整して空燃比を調整しうるものである。
インジェクタ（燃料噴射弁）８は気筒内の燃焼室１へ向けて燃料を直接噴射すべく、その開口を燃焼室１に臨ませるように、配置されている。また、当然ながら、このインジェクタ８は各気筒毎に設けられており、例えば本実施形態のエンジンが直列４気筒エンジンであるとすると、インジェクタ８は４個設けられていることになる。
【００１９】
このような構成により、スロットル弁７の開度に応じエアクリーナ６を通じて吸入された空気が吸気弁４の開放により燃焼室１内に吸入され、この燃焼室１内で、吸入された空気とインジェクタ８から直接噴射された燃料とが混合され、燃焼室１内で点火プラグ３５を適宜のタイミングで点火させることにより、燃焼せしめられて、エンジントルクを発生させたのち、燃焼室１内から排出ガスとして排気通路３へ排出され、触媒コンバータ（以下、単に触媒ともいう）９で排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯx といった有害成分を浄化されてから、マフラで消音されて大気側へ放出されるようになっている。
【００２０】
特に、本エンジンは、空燃比をリーン（燃料希薄状態）にしながら節約運転を行なえるリーンバーンエンジン（希薄燃焼内燃機関）であり、しかも、燃焼室１内に均一に燃料を噴射することで成立しうる予混合燃焼と、燃焼室１内に臨んだ点火プラグ３５の周囲に噴射燃料を偏在させることで成立しうる層状リーン燃焼とを運転状態に応じて切り換えることができるエンジンである。
【００２１】
そして、本エンジンは、エンジンの運転モードとして、圧縮行程で燃料噴射を行なって層状リーン燃焼を行なう後期リーン燃焼運転モード（後期リーンモード）と、吸気行程で燃料噴射を行なって予混合燃焼を行なう前期リーン燃焼運転モード（前期リーンモード），ストイキオフィードバック燃焼運転モード（ストイキオ運転モード），オープンループ燃焼運転モード（ストイキオ運転モード又はエンリッチ運転モード）の４モードが設けられている。なお、各モードにおいて、ＥＧＲを作動させる場合とＥＧＲを停止させる場合とが設定されており、エンジンの運転状態や車両の走行状態等に応じてこれらのモードの何れかが選択され、燃料の供給制御が行なわれる。
【００２２】
このため、図１に示すように、ＥＣＵ２３には、各センサ空の出力により、エンジンの運転状態、即ち、エンジンの負荷状態Ｐｅとエンジンの機関回転数Ｎｅとが入力されるようになっており、ＥＣＵ２３には、運転状態検出手段１０１から入力されたエンジンの運転状態（ここでは、Ｐｅ，Ｎｅ）に応じて、上述のような各運転モードを選択する機能（モード選択手段）１０２が設けられている。ＥＣＵ２３では、さらに、この選択した運転モードに基づいてやはりエンジンの運転状態（Ｐｅ，Ｎｅ）に応じて空燃比を設定して、この設定した空燃比に基づいて各気筒毎に設けられた燃料噴射弁８による燃料供給を制御する機能（燃料噴射弁制御手段）１０３が設けられている。
【００２３】
一般には、エンジン回転数Ｎｅ及びエンジン負荷Ｐｅに対して、図３に示すような領域傾向で、エンリッチ運転モード，ストイキオ運転モード，前期リーンモード，後期リーンモードが設定される。
さて、上述のモードのうち、後期リーンモードは、最も希薄な燃焼（空燃比が２５〜５０程度）を実現できるが、このモードでは、燃料噴射を圧縮行程後期のように極めて点火時期に近い段階で行ない、しかも燃料を点火プラグの近傍に集めて部分的にはリッチにし全体的にはリーンとしながら着火性，燃焼安定性を確保しつつ節約運転を行なうようにしている。
【００２４】
また、前期リーンモードも希薄燃焼（空燃比が１８〜２２程度）を実現できるが、このモードでは、燃料噴射を後期リーンモードよりも前の吸気行程に行ない、燃料を燃焼室内に拡散させて全体空燃比をリーンにしながら着火性，燃焼安定性を確保しつつある程度の出力を確保するようにして、節約運転を行なうようにしている。
【００２５】
ストイキオ運転モードは、Ｏ2 センサの出力に基づくフィードバック制御により、空燃比をストイキオ又はストイキオ近傍の状態に維持しながら十分なエンジン出力を効率よく得られるようにしている。このストイキオ運転モードは、ストイキオフィードバック運転モードともいう。
また、オープンループ燃焼運転モード（エンリッチ）では、加速時や発進時等に十分な出力が得られるように、オープンループ制御によりストイキオ又はこれよりもリッチな空燃比での燃焼を行なう。
【００２６】
このようにエンジンを制御するために、種々のセンサが設けられており、これらのセンサの一部は運転状態検出手段１０１を構成する。まず吸気通路２側には、そのエアクリーナ配設部分に、吸入空気量をカルマン渦情報から検出するエアフローセンサ１１，吸入空気温度を検出する吸気温センサ１２および大気圧を検出する大気圧センサ１３が設けられており、そのスロットル弁配設部分に、スロットル弁７の開度を検出するポテンショメータ式のスロットルセンサ１４，アイドリング状態を検出するアイドルスイッチ１５及びノックセンサ３６等が設けられている。
【００２７】
さらに、その他のセンサとして、エンジン冷却水温を検出する水温センサ１９や、クランク角度を検出するクランク角センサ２１（このクランク角センサ２１はエンジン回転数を検出する回転数センサも兼ねている）および第１気筒（基準気筒）の上死点を検出するＴＤＣセンサ（気筒判別センサ）２２がそれぞれ設けられている。そして、これらのセンサからの検出信号は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）２３へ入力されるようになっている。
【００２８】
なお、ＥＣＵ２３へは、アクセルペダルの踏込量を検出するアクセルポジションセンサ（図示略）やバッテリの電圧を検出するバッテリセンサ（図示略）からの電圧信号や始動時を検出するクランキングスイッチ〔あるいはイグニッションスイッチ（キースイッチ）〕（図示略）からの信号も入力されるようになっている。
【００２９】
そして、本エンジンでは、このような種々のセンサ等からの入力データに基づいて各種制御を行なうが、特に、図１に示すように、ＥＣＵ２３内にノック制御を行なう機能〔ノック制御用の点火時期制御手段（単に、制御手段ともいう）〕１０４が設けられている。
この制御手段１０４では、図１，図２に示すようにノックセンサ３６から出力されるノックデータ（検出情報）ΘＫ（ｔ）に基づいて、エンジンの運転状態に応じたノック学習値Ｋを求めこのノック学習値ＫとノックデータΘＫ（ｔ）とにより基本点火時期ＳＴを補正することで、機関のノックを抑制しながら出力を得られるように機関の点火時期を進角側又は遅角側に調整する。
【００３０】
ところで、本機関では、エンジンの運転状態を、エンジン回転数Ｎｅと、エンジンの負荷情報としてエアフローセンサ等の出力から算出される体積効率Ｅｖとから規定して、エンジンの運転状態を、図４に示すように、エンジン回転数Ｎｅ及び体積効率Ｅｖでそれぞれ区画されて形成された複数のマトリックス領域（図４中で縦横の破線で区切られた領域）毎に、ノック学習値Ｋを更新する。体積効率Ｅｖを採用するのは、エンジン制御をより精度良く行なうためにである。
【００３１】
なお、ノック制御は、主要な運転モード（ストイキオ運転モード，前期リーンモード，後期リーンモード）のうちで、吸気リーン運転時（前期リーンモード時）と吸気ストイキオ運転時（ストイキオ運転モード時）とで行ない、圧縮リーン運転時（後期リーンモード時）には行なわない。これは、圧縮リーン運転時には、点火タイミングが制限され極めて安定した燃焼が行なわれるためノックを招くおそれがないのでノック制御を行なわないのである。また、ストイキオ運転モードと吸気リーンモードでは、エアフローセンサ等の出力から算出される体積効率Ｅｖとエンジン回転数Ｎｅとから基本点火時期ＳＴ２を設定するのに対して、圧縮リーンモードでは、スロットル開度θthとエンジン回転速度Ｎｅとから求められた目標エンジン負荷Ｐｅとエンジン回転数Ｎｅとから基本点火時期ＳＴ１を設定するようになっている。
【００３２】
また、ノック制御を行なうモードのうち、ストイキオ運転時と吸気リーン運転時とでは、基本となる点火時期（基本点火時期）ＳＴ２自体が異なるように設定されている。つまり、触媒９が三元触媒であれば、リーン運転域ではＮＯｘの発生を抑制するため、点火時期を余裕をもって遅角側に設定しているが、ストイキオ運転域ではこのような処理は行なっていない。
【００３３】
したがって、吸気リーン運転域では、ノックは起こりにくく、このような点火時期を余裕を持って遅角側に設定した状況下でストイキオ運転時と同じ運転領域で学習値Ｋを更新するように設定した場合、吸気リーン運転域のノックの発生しない領域で継続的に運転が行なわれた場合、進角側に学習値Ｋが更新されることになる。このため、吸気リーン運転域ではノックは起こらなくても、点火時期を余裕を持って遅角側に設定されていないストイキオ運転域に切り換わったら、点火時期ＳＴが大幅に進角側へ調整されることになり、極めてノックを生じやすくなる。
【００３４】
そこで、このような吸気リーン運転域での学習値Ｋの更新にかかる不具合を回避すべく、吸気リーン運転域での学習値Ｋの更新領域を制限するようにしている。
つまり、エンジン負荷が比較的高い場合はストイキオ運転域と同様に吸気リーン運転域でもノックを生じやすい状況にあるため（即ち、この場合はＮＯｘ低減を勘案して設定した点火時期がノック発生限界に近づくため）、エンジン負荷が比較的高い所定領域以上であれば学習値Ｋの更新領域として適切である。一方、ストイキオ運転域では、エンジン負荷が比較的低い場合からノックを生じやすい状況にあるため、エンジン負荷が比較的低い所定領域以上であれば学習値Ｋの更新領域として適切である。
【００３５】
また、遅角側へ点火時期を補正するのは、ノックが発生した場合にこのノックを抑制しようにとする場合であり、一方、進角側へ点火時期を補正するのは、ノックが発生しないためむしろノックが発生し易い進角側へ補正することでノック発生限界遅角まで良好な燃焼状態を実現して出力を得ようとするためである。進角側への補正はノックを発生しやすくする補正とも言える。したがって、点火時期を積極的に進角側に補正すると運転状態の変化によりノックが頻繁に発生し易くなってしまいドライバビリティの悪化等の問題が生じることから、遅角側へ補正する学習値の更新は、進角側へ補正する学習値の更新よりも優先的に行なうように設定すべきである。
【００３６】
本機関では、遅角側へ点火時期を補正する学習値の更新は、エンジン負荷が比較的低い領域から行ない、進角側へ点火時期を補正する学習値の更新は、この遅角側への補正の場合よりも比較的高いエンジン負荷領域で行なうように設定している。即ち、進角側へ学習値を補正する更新領域を遅角側へ学習値を補正する更新領域よりも狭くすることである。
【００３７】
特に、本機関では、エンジン負荷に対応する量として体積効率Ｅｖを設定しており、図４に示すように、ストイキオ運転域では、体積効率Ｅｖのレベルが比較的低い体積効率Ｅｖ１１以上の領域では、遅角側へ点火時期を補正する学習値の更新を行なうように、学習値の更新領域が設定され、進角側へ点火時期を補正する学習値の更新については、遅角側への学習値の更新領域の下限値Ｅｖ１１よりも高い体積効率Ｅｖ０１（Ｅｖ０１＞Ｅｖ１１）以上の領域で行なうように、学習値の更新領域が設定されている。
【００３８】
また、吸気リーン運転域では、体積効率Ｅｖのレベルが比較的高い体積効率Ｅｖ１２以上の領域で、遅角側へ点火時期を補正する学習値の更新を常に行なうように、学習値の更新領域が設定され、進角側へ点火時期を補正する学習値の更新については、遅角側への学習値の更新領域の下限値Ｅｖ１２よりも高い体積効率Ｅｖ０２（Ｅｖ０２＞Ｅｖ１２）以上の領域で行なうように、学習値の更新領域が設定されている。
【００３９】
なお、同一運転モードでは、進角側への学習値の更新領域の下限値が遅角側への学習値の更新領域の下限値よりも高い負荷領域に設定されていればよいので、ストイキオ運転時の進角側への学習値更新領域の下限値が吸気リーン運転時の遅角側への学習値更新領域の下限値よりも高くなるように設定してもよい。
本発明の一実施形態としての希薄燃焼内燃機関は、上述のように構成されているので、例えば図５に示すようにして、ノック制御に関する点火時期制御が行なわれる。
【００４０】
つまり、まず、スロットル開度θthとエンジン回転速度Ｎｅとから求められた目標エンジン負荷Ｐｅと、エアフローセンサ等の出力から算出される体積効率Ｅｖと、エンジン回転数Ｎｅとを読み込む（ステップＳ１０）。そして、圧縮リーンモードか否かを判定して（ステップＳ２０）、圧縮リーンモードならば、目標エンジン負荷Ｐｅとエンジン回転数Ｎｅとから基本点火時期ＳＴ１を設定し（ステップＳ１８０）、ノック制御は行なわないで、この基本点火時期ＳＴ１を点火時期ＳＴに設定して（ステップＳ１９０）、点火時期ＳＴに応じて点火時期信号を出力して点火プラグ３５の作動を制御する（ステップＳ１７０）。
【００４１】
一方、圧縮リーンモードでなければ、吸気リーンモード又はストイキオモードとなるが、この場合は、まず、体積効率Ｅｖとエンジン回転数Ｎｅとから基本点火時期ＳＴ２を設定し（ステップＳ３０）、次に、ノックセンサ出力にノックデータΘＫ（ｔ）を設定する（ステップＳ４０）。このノックデータΘＫ（ｔ）は、対応する運転領域の学習値ΘＫの更新にも用いられるが、ノックセンサ出力が示すノック発生状態に応じてノック発生傾向ならば遅角側にそうでなければ進角側に設定される。
【００４２】
ついで、ストイキオモード（ストイキオフィードバックモード）か否かが判定され（ステップＳ５０）、ストイキオモードならばステップＳ６０へ進み、ノックデータΘＫが所定値αより大か否かを判定する。この判定は、ノックデータΘＫが進角側へ補正するものか遅角側へ補正するものかを判定するものである。この判定により、ノックデータΘＫが所定値α以下であれば、進角側へ補正すべきものであり、ステップＳ７０へ進み、体積効率Ｅｖが下限値Ｅｖ０１以上か否か、即ち、ストイキオモードでの進角側への学習値更新領域であるか否かを判定する。
【００４３】
体積効率Ｅｖが下限値Ｅｖ０１以上であれば（ストイキオモードでの進角側への学習値更新領域であれば）、学習値ＫをノックデータΘＫに応じた補正量β１だけ進角側へ更新して（ステップＳ１２０）、さらに、ステップＳ１６０に進んで、基本点火時期ＳＴ２からノックデータΘＫとステップＳ１２０で進角側に更新した学習値Ｋとに基づいて点火時期ＳＴを求めて、点火時期ＳＴに応じて点火時期信号を出力して点火プラグ３５の作動を制御する（ステップＳ１７０）。
【００４４】
ステップＳ７０で、体積効率Ｅｖが下限値Ｅｖ０１以上でなければ、学習値Ｋの更新は行なわないで、ステップＳ１６０で、基本点火時期ＳＴ２からノックデータΘＫと更新しない学習値Ｋとに基づいて点火時期ＳＴを求めて、点火時期ＳＴに応じて点火時期信号を出力して点火プラグ３５の作動を制御する（ステップＳ１７０）。
【００４５】
また、ステップＳ６０で、ノックデータΘＫが所定値αより大であれば、遅角側へ補正すべきものであり、ステップＳ８０へ進み、体積効率Ｅｖが下限値Ｅｖ１１以上か否か、即ち、ストイキオモードでの遅角側への学習値更新領域であるか否かを判定する。
体積効率Ｅｖが下限値Ｅｖ１１以上であれば（ストイキオモードでの遅角側への学習値更新領域であれば）、学習値ＫをノックデータΘＫに応じた補正量β２だけ遅角側へ更新して（ステップＳ１３０）、さらに、ステップＳ１６０に進んで、基本点火時期ＳＴ２からノックデータΘＫとステップＳ１３０で遅角側に更新した学習値Ｋとに基づいて点火時期ＳＴを求めて、点火時期ＳＴに応じて点火時期信号を出力して点火プラグ３５の作動を制御する（ステップＳ１７０）。
【００４６】
ステップＳ８０で、体積効率Ｅｖが下限値Ｅｖ１１以上でなければ、学習値Ｋの更新は行なわないで、ステップＳ１６０で、基本点火時期ＳＴ２からノックデータΘＫと更新しない学習値Ｋとに基づいて点火時期ＳＴを求めて、点火時期ＳＴに応じて点火時期信号を出力して点火プラグ３５の作動を制御する（ステップＳ１７０）。
【００４７】
一方、ステップＳ５０で、ストイキオモードでなければ、吸気リーンモードであり、ステップＳ９０へ進み、ノックデータΘＫが所定値αより大か否かを判定する。この判定は、ノックデータΘＫが進角側へ補正するものか遅角側へ補正するものかを判定するものである。この判定で、ノックデータΘＫが所定値α以下であれば、進角側へ補正すべきものであり、ステップＳ１００へ進み、体積効率Ｅｖが下限値Ｅｖ０２以上か否か、即ち、吸気リーンモードでの進角側への学習値更新領域であるか否かを判定する。
【００４８】
体積効率Ｅｖが下限値Ｅｖ０２以上であれば（吸気リーンモードでの進角側への学習値更新領域であれば）、学習値ＫをノックデータΘＫに応じた補正量β１だけ進角側へ更新して（ステップＳ１４０）、さらに、ステップＳ１６０に進んで、基本点火時期ＳＴ２からノックデータΘＫとステップＳ１４０で進角側に更新した学習値Ｋとに基づいて点火時期ＳＴを求めて、点火時期ＳＴに応じて点火時期信号を出力して点火プラグ３５の作動を制御する（ステップＳ１７０）。
【００４９】
ステップＳ１００で、体積効率Ｅｖが下限値Ｅｖ０２以上でなければ、学習値Ｋの更新は行なわないで、ステップＳ１６０で、基本点火時期ＳＴ２からノックデータΘＫと更新しない学習値Ｋとに基づいて点火時期ＳＴを求めて、点火時期ＳＴに応じて点火時期信号を出力して点火プラグ３５の作動を制御する（ステップＳ１７０）。
【００５０】
また、ステップＳ９０で、ノックデータΘＫが所定値α（αは最大遅角量と０との間の中間的な値）より大であれば、遅角側へ補正すべきものであり、ステップＳ１１０へ進み、体積効率Ｅｖが下限値Ｅｖ１２以上か否か、即ち、吸気リーンモードでの遅角側への学習値更新領域であるか否かを判定する。
体積効率Ｅｖが下限値Ｅｖ１２以上であれば（ストイキオモードでの遅角側への学習値更新領域であれば）、学習値ＫをノックデータΘＫに応じた補正量β２だけ遅角側へ更新して（ステップＳ１５０）、さらに、ステップＳ１６０に進んで、基本点火時期ＳＴ２からノックデータΘＫとステップＳ１５０で遅角側に更新した学習値Ｋとに基づいて点火時期ＳＴを求めて、点火時期ＳＴに応じて点火時期信号を出力して点火プラグ３５の作動を制御する（ステップＳ１７０）。
【００５１】
ステップＳ１１０で、体積効率Ｅｖが下限値Ｅｖ１２以上でなければ、学習値Ｋの更新は行なわないで、ステップＳ１６０で、基本点火時期ＳＴ２からノックデータΘＫと更新しない学習値Ｋとに基づいて点火時期ＳＴを求めて、点火時期ＳＴに応じて点火時期信号を出力して点火プラグ３５の作動を制御する（ステップＳ１７０）。
【００５２】
このようにして、本装置によれば、ストイキオモードと吸気リーンモードとで異なる学習値更新領域を設定し、さらに、各モード毎に、遅角側と進角側とで異なる学習値更新領域を設定しているので、学習値更新が適切に行なわれるようになり、例えば、吸気リーン運転域で、ＮＯｘの発生を抑制するため点火時期を余裕を持って遅角側に設定した場合にも、吸気リーン運転域でのノックの起こりにくい領域（低負荷領域）での学習値更新が禁止されることになり、ノックが生じやすいストイキオ運転域に切り換わっても、点火時期ＳＴが大幅に進角側へ調整されることがなく、ノックの発生を抑制することができる。
【００５３】
また、本実施形態では、遅角側への学習値更新を進角側への学習値更新に対して優先するように設定されているので、この点でもノックの発生を抑制することができる。
なお、本実施形態では、エンリッチ運転モードでのノック制御については、特に記載してはいないが、ストイキオモードの場合と同様に吸気リーンモードの場合よりも学習更新領域を広く設定してノック制御を行なうようにしてもよい。
【００５４】
また、本実施形態では、吸気リーンモードで余裕を持てるように遅角側に点火時期を設定した場合を前提に説明しているが、システムによっては、これが逆になる場合、即ち、吸気リーンモードがストイキオモードよりも進角側に点火時期を設定している場合があり、この場合には、吸気リーンモードでの学習値更新領域の下限値をより低下させ、ストイキオモードでの学習値更新領域の下限値をより増大させて、ストイキオモードでの下限値が吸気リーンモードでの下限値よりも高く設定することが考えられる。
【００５５】
また、上記実施形態では、触媒によるＮＯｘ浄化効率等を考慮してリーン運転域とストイキオ運転域とで点火時期を異ならせて設定しているが、本発明は、吸気量又は吸気負圧データに基づいて学習値の領域を設定した場合には、触媒によるＮＯｘ浄化に関係なく、各運転モードにおいて最適点火時期を設定した場合においても有効である。
【００５６】
即ち、同一体積効率において実質的にリーン運転の方がストイキオ運転に比べて負荷レベルが小さいため、ストイキオ運転に対応して学習値の更新領域を設定した場合には、リーン運転域においてノックが不発生の領域まで学習更新領域として含まれてしまうので、ノック学習が不適切なものになる。このため、このような場合でも、リーン運転の学習値を更新する負荷対応下限値（吸気量又は吸気負圧データの下限値）をストイキオ運転に比べて高く設定することが有効となるのである。
【００５７】
また、ノックデータΘＫが所定値αより大か否かの判定により、進角側か遅角側かを判定しているが、この判定に関して、不感帯を設けて、例えば、α１を正の微小値として、ΘＫ＜α−α１ならば進角側、α＋α１＜ΘＫならば遅角側と判定するようにしてもよい。
【００５８】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１〜４のいずれか１項に記載の本発明の希薄燃焼内燃機関によれば、ノック学習値を更新する運転領域を、ストイキオ運転モードとリーン運転モードとで切り換えるように構成されているので、特に、運転モードによってノック発生し易さが異なる場合に運転モードの切換後に生じやすいノックの発生を抑制することができるようになる。
【００５９】
請求項２又は３記載の本発明の希薄燃焼内燃機関によれば、吸気量又は吸気負圧データにより運転モードが設定されているので、同一の吸気量又は吸気負圧データで実質的に負荷レベルが異なっても運転状態に応じた運転モードの切換を確実に行なうことができ、しかも、点火時期を遅角側に基本設定されるリーン運転モードにおける領域をストイキオ運転モードにおける領域よりも負荷対応下限値を高く設定することで、リーン運転モードからストイキオ運転モードへの切り換わり時のノックの発生が抑制される。
【００６０】
請求項４記載の本発明の希薄燃焼内燃機関によれば、同一運転域において、特定運転域での出力を確保しながらノックが頻繁に発生することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態としての希薄燃焼内燃機関の要部構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態としての希薄燃焼内燃機関を示す構成図である。
【図３】本発明の一実施形態としての希薄燃焼内燃機関の運転モードについて説明する図である。
【図４】本発明の一実施形態としての希薄燃焼内燃機関を説明する図である。
【図５】本発明の一実施形態としての希薄燃焼内燃機関を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  燃焼室
２  吸気通路
３  排気通路
４  吸気弁
５  排気弁
６  エアクリーナ
７  スロットル弁
８  インジェクタ（燃料噴射弁）
９  排出ガス浄化用触媒コンバータ（触媒）
２ａ  サージタンク
１０  排出ガス再循環装置（ＥＧＲ装置）
１０ａ  ＥＧＲバルブ
１０ｂ  排気還流通路
１１  エアフローセンサ
１２  吸気温センサ
１３  大気圧センサ
１４  スロットルセンサ
１５  アイドルスイッチ
１６  アイドルスピードコントロールバルブ
１６Ａ  バイパス路
２３  ＥＣＵ
３５  点火プラグ
３６  ノックセンサ
５０  エアバイパスバルブ（ＡＢＶ）
５０Ａ  バイパス路
１０１  出力運転状態検出手段
１０２  モード選択手段
１０３  燃料噴射弁制御手段
１０４  ノック制御用の点火時期制御手段（制御手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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