(57)【要約】      （修正有）【課題】ノッキングを回避して、高い熱効率で運転する火花点火・筒内噴射式内燃機関。【解決手段】燃料噴射時期θinjを圧縮行程内の所定の時期に設定するように制御するとともに、点火時期θigを制御する。より具体的には、本装置は、ノッキングが発生したと判定されたとき燃料噴射時期θinjを第１所定量（α）遅角し（ステップ２５０を参照。）、且つ、燃料の燃焼による発生熱量Ｑを算出しその算出した発生熱量Ｑが所定の閾値Ｑｔｈよりも小さくなった場合には燃料噴射時期θinjを第２所定量進角（α、α１）する（ステップ２９０を参照。）とともに点火時期θigを第３所定量（β）遅角する（ステップ２８５を参照。）。【選択図】図２
2014105652.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を気筒内に直接噴射する燃料噴射弁と、前記噴射された燃料により前記気筒内に形成される混合気に点火するための火花を発生する点火栓と、を備える内燃機関に適用され、
前記機関にノッキングが発生したか否かを判定する判定部と、
前記燃料噴射弁から前記燃料を噴射する時期である燃料噴射時期を圧縮行程内の所定の時期に設定するように制御するとともに前記点火栓から前記火花を発生させる時期である点火時期を制御する制御部と、
を備える機関制御装置において、
前記制御部は、
前記ノッキングが発生したと判定されたとき前記燃料噴射時期を第１所定量遅角し、且つ、前記燃料の燃焼による発生熱量を算出するとともに同算出した発生熱量が所定の閾値よりも小さくなった場合には前記燃料噴射時期を第２所定量進角するとともに前記点火時期を第３所定量遅角する、
ように構成された機関制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒内燃料噴射式火花点火内燃機関に適用される機関制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、気筒内にガソリンなどの燃料を直接噴射し、気筒内に形成される混合気に点火栓からの火花により点火する内燃機関が広く知られている。このような機関は、「筒内燃料噴射式火花点火内燃機関」、「直噴エンジン」、又は、「筒内噴射式機関」とも称呼される。
【０００３】
ところで、筒内噴射式機関においても、燃料オクタン価及びデポジット堆積量等の種々の要因によりノッキングが発生する。ノッキングは、一般的には点火時期の遅角により回避される。しかし、点火時期を遅角するほど、点火時期がＭＢＴ（Ｍｉｎｉｍｕｍ  ａｄｖａｎｃｅ  ｆｏｒ  Ｂｅｓｔ  Ｔｏｒｑｕｅ）から遠ざかるので、機関のトルクが減少する。
【０００４】
そこで、筒内噴射式機関に適用される従来の制御装置の一つ（以下、「従来装置」とも称呼する。）は、ノッキング発生時に点火時期のみでなく噴射時期も併せて変更することにより、機関発生トルクの低下量を小さくしながらノッキングの発生を回避している（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００５】
より具体的には、従来装置は、燃料の気化により吸気温度を低下させて吸気の充填効率を向上することを目的として吸気行程中に燃料を噴射し、ノッキングが発生した場合には点火時期を遅角する。更に、従来装置は、ノッキングが抑制できずに点火時期の遅角量が閾値よりも大きくなった場合、噴射時期を圧縮行程の前半に移行し且つ点火時期を進角し、以って、ノッキングの発生を回避しながらトルク低下が大きくなることを回避している。上記公報には、噴射時期を圧縮行程前半となるように遅角したときに点火時期を進角することができ、それにより機関のトルク低下を回避することができるのは、圧縮行程前半の燃料噴射によって燃料の混合状態が悪化するのでノッキングが発生し難くなるので、点火時期をＭＢＴに近づけることができるからである、と記載されている。なお、ＭＢＴは、機関のトルクを最大にする点火時期でもあるので「最大トルク点火時期」と称呼することもでき、機関の熱効率を最大にする点火時期でもあるので「最大熱効率発生点火時期」と称呼することもできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３３９８４８号公報（特に、段落００２４）
【発明の概要】
【０００７】
ところで、筒内噴射式機関において吸気行程中に燃料噴射を行なうと、燃料の気化潜熱が吸入空気の冷却に用いられる。よって、吸入空気量を増大させることができるので、機関発生トルクの向上を図ることができる。しかし、吸気行程中の燃料噴射は、圧縮行程中の燃料噴射に比べ、熱効率の低下をもたらす。
【０００８】
より具体的に述べると、圧縮行程中に燃料噴射を行なうと、燃料の気化潜熱をノッキング回避のために用いることができる。よって、点火時期をＭＢＴに近い時期に設定することができるので、高い熱効率を確保することができる。そこで、発明者は、燃料噴射を圧縮行程中に行い、その圧縮行程中の燃料噴射時期及び点火時期を適切に調整することにより、ノッキングを回避しながら筒内噴射式機関を高い熱効率にて運転することができる機関制御装置を発明した。
【０００９】
本発明の機関制御装置（以下、「本発明装置」とも称呼する。）は、燃料を気筒内に直接噴射する燃料噴射弁と、前記噴射された燃料により前記気筒内に形成される混合気に点火するための火花を発生する点火栓と、を備える内燃機関に適用される。
【００１０】
更に、本発明装置は、
前記機関にノッキングが発生したか否かを判定する判定部と、
前記燃料噴射弁から前記燃料を噴射する時期である燃料噴射時期を圧縮行程内の所定の時期に設定するように制御するとともに前記点火栓から前記火花を発生させる時期である点火時期を制御する制御部と、
を備える。
【００１１】
加えて、前記制御部は、前記ノッキングが発生したと判定されたとき前記燃料噴射時期を第１所定量遅角し、且つ、前記燃料の燃焼による発生熱量を算出するとともに同算出した発生熱量が所定の閾値よりも小さくなった場合には前記燃料噴射時期を第２所定量進角するとともに前記点火時期を第３所定量遅角する、ように構成されている。
【００１２】
本発明装置によれば、燃料噴射が圧縮行程中に行なわれるので、通常時（ノッキングが発生していない状態）における点火時期を最大熱効率発生点火時期（ＭＢＴ）に近づけることができる。従って、機関の熱効率を高く維持することができる。更に、ノッキングが発生した場合、燃料噴射時期が点火時期に優先して遅角される。
【００１３】
なお、「燃料噴射時期が点火時期よりも優先して遅角されること」は、「点火時期は維持されたまま燃料噴射時期のみが遅角されること」、「点火時期は微小な量だけ変更されるが、燃料噴射時期がノッキング抑制を目的とした相当量遅角されること」の両者を含む。即ち、「燃料噴射時期が点火時期よりも優先して遅角されること」は、「点火時期が実質的に維持されたまま燃料噴射時期が遅角されること」を意味する。
【００１４】
ここで、本発明装置の制御部が、上述のように、ノッキングが発生した場合に圧縮行程中において燃料噴射時期を遅角する理由について図３を参照しながら説明する。図３の曲線Ｃは機関がノッキングの発生する可能性がある運転領域（例えば、低回転高負荷領域）にて運転されている場合における「点火時期と機関のトルクとの関係」を示す。機関がこのような運転領域にて運転されている場合、ノッキングが発生する点火時期はＭＢＴよりも相当に遅角側にある。よって、一般に、通常の運転（ノッキングが発生していない状態の運転）において設定される点火時期（基本点火時期）は、ＭＢＴから比較的大きな量だけ遅角された値に設定される。その結果、ノッキングの発生に伴い点火時期を一定量ｄθだけ遅角した場合、機関のトルクの低下量ｄは比較的大きくなる。
【００１５】
従って、ノッキングが発生した場合に点火時期を遅角すると、トルクの低下量が大きくなり、熱効率が低下してしまう。そこで、本発明装置は、ノッキングが発生すると、燃料噴射時期を（点火時期に優先して）遅角する。圧縮行程中の噴射時期が遅角側に変更されると、噴射時期から点火時期までの時間が短くなるから、シリンダ内壁から混合気へと熱が伝えられている時間が短くなる。その結果、噴射された燃料の気化潜熱によって低下した混合気温度が、混合気が点火されるまで低い温度に維持され得る。更に、燃料噴射時期が遅角側に変更されると、燃料が燃焼を開始するまでに高温高圧の環境に晒されている時間が短くなるので、ノッキング（自着火）が発生する要因の一つである燃料の分解（燃料が分子量の低い物質へと分解すること）が抑えられる。
【００１６】
以上から、圧縮行程中の噴射時期が遅角側に変更されることにより、点火時期を実質的に遅角することなくノッキングの発生が抑制される。一方、燃料噴射時期の遅角は点火時期の遅角に比較して、熱効率を大きく低下させない。よって、本発明装置は、機関のトルク（従って、熱効率）の大きな低下を回避しながら、ノッキングの発生を抑制することができる。
【００１７】
ところが、ノッキングが継続することに伴って圧縮行程中の燃料噴射時期の遅角量が過大になると、燃料噴射時期から点火時期までの時間（燃料拡散時間）が極めて短くなり、気筒内において燃料が十分に拡散できなくなる。その結果、熱効率が低下する。換言すると、燃料噴射時期の遅角量がある値になっている場合に更にノッキングの発生を抑制する必要があるときには、燃料噴射時期の更なる遅角を行なうよりも点火時期を遅角させた方がトルク（従って、熱効率）の低下が小さい。
【００１８】
そこで、本発明装置の制御部は、前記ノッキングが発生したと判定されたとき、燃料噴射時期を第１所定量遅角するとともに燃料の燃焼による発生熱量を算出し、その算出した発生熱量が所定の閾値よりも小さくなった場合には、燃料噴射時期を第２所定量進角するとともに点火時期を第３所定量遅角するように構成されている。
【００１９】
これによれば、燃料噴射時期の過大な遅角による熱効率の低下を回避することができるので、結果として熱効率の低下量を小さくしながらノッキングの発生を抑制することができる。
【００２０】
本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の各実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る機関制御装置（本装置）が適用される内燃機関の概略断面図である。
【図２】図２は、本装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図３】図３は、点火時期と機関が発生するトルクとの関係を示すグラフである。
【図４】図４は、クランク角に対する筒内圧、及び、クランク角に対する値Ｐ・Ｖκを示したグラフである。
【図５】図５は、本装置の変形例のＣＰＵが参照する運転領域を示すマップである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態に係る機関制御装置（以下、「本装置」とも称呼する。）について図面を参照しながら説明する。
【００２３】
（概略構成）
図１は、本装置が適用される内燃機関１０の概略図である。機関１０は、所謂「筒内噴射式−火花点火−ガソリン−多気筒（４気筒）内燃機関」である。なお、図１は、特定の気筒の断面のみを図示しているが、他の気筒も同様な構成を備えている。
【００２４】
この内燃機関１０は、シリンダブロック、シリンダブロックロワーケース及びオイルパン等を含むシリンダブロック部２０と、シリンダブロック部２０の上に固定されるシリンダヘッド３０と、シリンダブロック部２０に空気を供給するための吸気系統４０と、シリンダブロック部２０からの排ガスを外部に放出するための排気系統５０とを含んでいる。
【００２５】
シリンダブロック部２０は、シリンダボア（シリンダ）２１、ピストン２２、コンロッド２３及びクランク軸２４を含んでいる。ピストン２２はシリンダ内を往復動し、ピストン２２の往復動がコンロッド２３を介してクランク軸２４に伝達され、これによりクランク軸２４が回転する。ピストン２２の頂面、シリンダボア２１の壁面及びシリンダヘッド３０の下面は、燃焼室２５を画定している。
【００２６】
シリンダヘッド３０は、燃焼室２５に連通した吸気ポート３１、吸気ポート３１を開閉する吸気弁３２、吸気弁３２を開閉駆動するインテークカムシャフトを含む吸気弁駆動装置３３、燃焼室２５に連通した排気ポート３４、排気ポート３４を開閉する排気弁３５、排気弁３５を駆動するエキゾーストカムシャフト３６、点火プラグ（点火栓）３７、点火プラグ３７に与える高電圧を発生するイグニッションコイルを含むイグナイタ３８及び燃料を燃焼室２５内に直接噴射する燃料噴射弁（筒内噴射弁、フューエルインジェクタ）３９を備えている。
【００２７】
吸気系統４０は、吸気ポート３１に連通し吸気ポート３１とともに吸気通路を形成するインテークマニホールドを含む吸気管４１、吸気管４１の端部に設けられたエアフィルタ４２、吸気管４１内にあって吸気通路の開口断面積を可変とするスロットル弁４３及びスロットル弁駆動手段を構成するＤＣモータからなるスロットル弁アクチュエータ４３ａを備えている。
【００２８】
排気系統５０は、排気ポート３４に連通したエキゾーストマニホールド５１、エキゾーストマニホールド５１に接続されたエキゾーストパイプ（排気管）５２、エキゾーストパイプ５２に配設された「上流側の三元触媒５３及び下流側の三元触媒５４」を備えている。
【００２９】
一方、このシステムは、熱線式エアフローメータ６１、スロットルポジションセンサ６２、カムポジションセンサ６３、クランクポジションセンサ６４、冷却水温センサ６５、ノックセンサ６６、筒内圧センサ６７及びアクセル開度センサ６８を備えている。
【００３０】
熱線式エアフローメータ６１は、吸気管４１内を流れる吸入空気の単位時間あたりの質量流量を検出し、質量流量Ｇａを表す信号を出力するようになっている。
スロットルポジションセンサ６２は、スロットル弁４３の開度を検出し、スロットル弁開度ＴＡを表す信号を出力するようになっている。
【００３１】
カムポジションセンサ６３は、インテークカムシャフトが所定角度から９０度、次いで９０度、更に１８０度回転する毎に一つのパルスを出力するようになっている。
クランクポジションセンサ６４は、クランク軸２４が１０度回転する毎にパルスを出力するようになっている。クランクポジションセンサ６４から出力されるパルスは後述する電気制御装置７０によって機関回転速度ＮＥを表す信号に変換される。更に、電気制御装置７０は、カムポジションセンサ６３及びクランクポジションセンサ６４からの信号に基いて、機関１０のクランク角度（絶対クランク角θ）を求める。
【００３２】
冷却水温センサ６５は、機関１０の冷却水の温度を検出し、その冷却水温度ＴＨＷを表す信号を出力するようになっている。
ノックセンサ（ノッキング検出部）６６は、機関１０に発生するノッキングにより生じる振動を検出し、その振動を表す信号を送出するようになっている。
【００３３】
筒内圧センサ６７は、複数の気筒のそれぞれに一つずつ設けられている。筒内圧センサ６７は、対応する（即ち、それぞれが配設された）燃焼室２５内のガスの圧力（筒内圧）を検出し、筒内圧Ｐ（＝Ｐｃ）を表す信号を送出するようになっている。各気筒の筒内圧はＰは、クランク角が微小角度Δθだけ変化する毎に電気制御装置７０によって取得される。更に、その取得された筒内圧Ｐは、対応する気筒のクランク角θと関連付けられて筒内圧Ｐ（θ）の形式にて後述するＲＡＭ７３に格納されて行く。
【００３４】
アクセル開度センサ６８は、運転者によって操作されるアクセルペダル８１の操作量を検出し、アクセルペダル８１の操作量Accpを表す信号を出力するようになっている。アクセルペダル８１の操作量Accpは機関１０の「負荷」の大きさを表す一つのパラメータである。
【００３５】
電気制御装置７０は、ＣＰＵ７１、ＲＯＭ７２、ＲＡＭ７３、バックアップＲＡＭ７４、及び、ＡＤコンバータを含むインターフェース７５等からなる周知のマイクロコンピュータである。
【００３６】
インターフェース７５は、上記センサ６１〜６８と接続され、ＣＰＵ７１にこれらのセンサからの信号を供給するようになっている。更に、インターフェース７５は、ＣＰＵ７１の指示に応じて、吸気弁駆動装置３３及びスロットル弁アクチュエータ４３ａ等に駆動信号を送出し、各気筒の燃料噴射弁３９に噴射指示信号を送出し、各気筒のイグナイタ３８に点火信号を送出するようになっている。
【００３７】
なお、電気制御装置７０は、アクセルペダル８１の操作量Accpが大きくなるほどスロットル弁開度ＴＡが大きくなるように、スロットル弁アクチュエータ４３ａを制御するようになっている。更に、電気制御装置７０は、周知の手法に従って、ノックセンサ６６からの信号に基き、機関１０にノッキングが発生しているか否かを判定するようになっている。
【００３８】
（ノッキング抑制制御の概要）
次に、本装置が実行するノッキング抑制制御の概要について説明する。
【００３９】
本装置は、点火プラグ３７から火花を発生させてシリンダ内の混合気に点火する時期である点火時期θigを制御する。本装置は、燃料噴射弁３９から噴射される燃料の量である燃料噴射量を、周知の手法に従い、吸入空気量Ｇａ及び機関回転速度ＮＥに基づいて決定する。更に、本装置は、燃料噴射弁３９から「決定された燃料噴射量の燃料」を噴射させるとともに、その燃料を噴射する時期である燃料噴射時期θinj（＝燃料噴射の開始時期）を制御する。但し、本装置は、燃料噴射時期θinjを圧縮行程中に設定する。即ち、本装置は、圧縮行程中の気筒に備えられた燃料噴射弁３９から燃料を噴射する。加えて、本装置は、以下に述べるように、ノッキングが発生したと判定すると、点火時期θigと燃料噴射時期θinjを制御する。この点火時期θig及び燃料噴射時期θinjの制御は、「ノッキング抑制制御」とも称呼される。
【００４０】
より具体的に述べると、本装置は、ノッキングが発生すると、燃料噴射時期θinjを第１所定量遅角する。その状態において、依然としてノッキングが発生すると、燃料噴射時期θinjを更に第１所定量遅角する。このように、本装置は、基本的にはノッキングが消滅するまで燃料噴射時期θinjを第１所定量ずつ遅角して行く。
【００４１】
ノッキングを抑制するために圧縮行程中の燃料噴射時期θinjが遅角側に変更されると、燃料噴射時期θinjから点火時期θigまでの時間が短くなるから、シリンダ内壁から混合気へと熱が伝えられている時間が短くなる。その結果、噴射された燃料の気化潜熱によって低下した混合気温度が、混合気が点火されるまで「より低い温度」に維持され得る。よって、燃料噴射時期θinjが遅角されない場合と比較してノッキングが起こり難くなる。
【００４２】
更に、燃料噴射時期θinjが遅角側に変更されると、燃料が燃焼を開始するまでに高温高圧の環境に晒されている時間が短くなるので、ノッキング（自着火）が発生する要因の一つである燃料の分解（燃料が分子量の低い物質へと分解すること）が抑えられる。よって、ノッキングが起こり難くなる。
【００４３】
以上から、圧縮行程中の燃料噴射時期θinjが遅角側に変更されることにより、ノッキングの発生が抑制されるので、点火時期θigはＭＢＴに近い点火時期（基本点火時期θigb）に維持され得る。
【００４４】
ところで、図３を参照して説明したように、ノッキングが発生し得る運転領域においては、基本点火時期θigbはＭＢＴよりも相当量だけ遅角された時期に設定される。従って、ノッキングを抑制するための点火時期θigの遅角は機関１０のトルクを大きく低下させる。これに対し、燃料噴射時期θinjの遅角は、ノッキング抑制効果を発揮しながらも、機関１０のトルクを大きく低下させない。従って、本装置によれば、機関１０のトルク（従って、熱効率）の大きな低下を回避しながら、ノッキングの発生を抑制することができる。
【００４５】
ところが、圧縮行程中の燃料噴射時期θinjの遅角量が過大になると、燃料噴射時期θinjから点火時期θigまでの時間が極めて短くなり、気筒内において燃料が十分に拡散できなくなる。その結果、熱効率が低下する。換言すると、燃料噴射時期θinjの遅角量が比較的大きなある値になっている場合には、燃料噴射時期θinjの更なる遅角を行なうよりも点火時期θigを遅角させた方がトルク（従って、熱効率）の低下が小さい。
【００４６】
そこで、本装置は、ノッキングが発生したと判定したとき、燃料噴射時期θinjを第１所定量遅角するとともに、燃料の燃焼による発生熱量を算出し、その算出した発生熱量が所定の閾値よりも小さくなった場合には、燃料噴射時期θinjが遅角されすぎたために熱効率が低下したと判定する。そして、本装置は、そのような場合、燃料噴射時期θinjを第２所定量だけ進角する（第１所定量と第２所定量が等しい場合には燃料噴射時期θinjを前回の値に戻す）とともに、点火時期θigを第３所定量遅角する。これにより、本装置は、燃料噴射時期θinjの過大な遅角による熱効率の低下を回避することができ、結果として熱効率の低下量を小さくしながらノッキングの発生を抑制することができる。
【００４７】
（実際の作動）
次に、本装置の実際の作動について説明する。本装置は、機関１０の負荷ＫＬと機関回転速度ＮＥとに基づいて定まる機関運転状態に対し、ノッキングが発生せず且つ機関１０の熱効率が最大となるように、基本燃料噴射時期θinjb及び基本点火時期θigbを予め実験等によって定め、そのデータをルックアップテーブル（Mapθigb（ＫＬ，ＮＥ）、Mapθinjb（ＫＬ，ＮＥ）)の形式にてＲＯＭ７２に格納している。
【００４８】
なお、負荷（負荷率、充填率）ＫＬは下記の（１）式により求められる。この負荷ＫＬに代え、アクセルペダル操作量Accp又は一気筒が一回の吸気行程において吸入する空気量（筒内吸入空気量Ｍｃ）が負荷ＫＬとして用いられても良い。（１）式において、Ｍｃは筒内吸入空気量であり、ρは空気密度（単位は（ｇ／ｌ））、Ｌは機関１０の排気量（単位は（ｌ））、「４」は機関１０の気筒数である。
ＫＬ＝（Ｍｃ／（ρ・Ｌ／４））・１００％    …（１）
【００４９】
１．燃料噴射時期制御
ＣＰＵ７１（以下、単に「ＣＰＵ」と表記する。）は、図示しないルーチンを実行することにより、負荷ＫＬと機関回転速度ＮＥとをテーブルMapθinjb（ＫＬ，ＮＥ）に適用して基本燃料噴射時期θinjbを決定する。更に、ＣＰＵは、負荷ＫＬ、機関回転速度ＮＥ（又は筒内吸入空気量Ｍｃ）及び目標空燃比（本例において、理論空燃比）から周知の手法により燃料噴射量Ｆinj（＝Ｍｃ／理論空燃比）を決定する。
【００５０】
加えて、ＣＰＵは、基本燃料噴射時期θinjbを、後述するルーチンによって別途算出されている噴射時期補正量（噴射遅角量）ｄθinjだけ遅角（補正）し、その遅角した燃料噴射時期θinjにて燃料噴射を行なう（燃料噴射を開始する）。即ち、ＣＰＵは下記（２）式に従って燃料噴射時期θinjを決定する。なお、燃料噴射時期θinjの基準は各気筒の圧縮上死点である。燃料噴射時期θinjの値は、燃料噴射時期θinjが圧縮上死点から進角されるほど大きくなる。
燃料噴射時期θinj＝基本燃料噴射時期θinjb−噴射遅角量ｄθinj    …（２）
２．点火時期制御
ＣＰＵは、図示しないルーチンを実行することにより、負荷ＫＬと機関回転速度ＮＥとをテーブルMapθigb（ＫＬ，ＮＥ）に適用して基本点火時期θigbを決定する。
【００５１】
更に、ＣＰＵは、基本点火時期θigbを、後述するルーチンによって別途算出されている点火時期補正量（点火遅角量）ｄθigだけ遅角（補正）し、その遅角した点火時期θigにて点火を行なう。即ち、ＣＰＵは下記（３）式に従って点火時期θigを決定する。なお、点火時期θigの基準は各気筒の圧縮上死点である。点火時期θigの値は点火時期θigが圧縮上死点から進角されるほど大きくなる。
点火時期θig＝基本点火時期θigb−点火遅角量ｄθig    …（３）
【００５２】
３．ノッキング抑制制御
ＣＰＵは、所定時間（所定クランク角）が経過する毎に図２にフローチャートにより示した「ノッキング抑制制御ルーチン」を実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵは図２のステップ２００から処理を開始してステップ２１０に進み、「負荷ＫＬ及び機関回転速度ＮＥにより定まる機関１０の運転状態」が属する運転領域が、本ルーチンを前回実行した時点から変化したか否かを判定する。
【００５３】
このとき、運転領域が変化していれば、ＣＰＵはステップ２１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ２２０に進み、噴射遅角量ｄθinjを「０」に設定する。次いで、ＣＰＵはステップ２３０に進み、点火遅角量ｄθigを「０」に設定し、ステップ２９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。この結果、点火時期θigは基本点火時期θigbに設定され、燃料噴射時期θinjは基本燃料噴射時期θinjbに設定される。
【００５４】
一方、ＣＰＵがステップ２１０の処理を実行する時点において、運転領域が変化していなければ、ＣＰＵはそのステップ２１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ２４０に進み、ノッキングが発生しているか否かを判定する。このとき、ノッキングが発生していなければ、ＣＰＵはそのステップ２４０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ２９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。従って、噴射遅角量ｄθinj及び点火遅角量ｄθigは変更されない。よって、この場合、噴射遅角量ｄθinj及び点火遅角量ｄθigは共に「０」に維持される。
【００５５】
これに対し、ＣＰＵがステップ２４０の処理を実行する時点において、ノッキングが発生していると、ＣＰＵはそのステップ２４０にて「Ｙｅｓ」と判定し、以下に述べるステップ２５０乃至ステップ２８０の処理を順に行う。
【００５６】
ステップ２５０：ＣＰＵは、噴射遅角量ｄθinjを正の所定値α（第１所定量）だけ増大する。所定値αは一定値である。但し、所定値αは、運転状態（ＫＬ，ＮＥ）に応じて変化する値であってもよい。例えば、所定値αは、負荷ＫＬが大きいほど大きくなり、機関回転速度ＮＥが小さいほど大きくなる値であってもよい。
【００５７】
ステップ２６０：ＣＰＵは、別途算出されている発生熱量Ｑを読み込む。なお、発生熱量Ｑは筒内圧Ｐに基づいて後述するように計算される。発生熱量Ｑの算出方法は周知である（例えば、特開２０１０−１４４５８４号公報を参照。）。
【００５８】
ステップ２７０：ＣＰＵは、別途算出されている燃料噴射量Ｆinjを関数ｆｑに適用して閾値熱量Ｑｔｈを算出する。この関数ｆｑは、燃料噴射量が「Ｆinj」であるときに「期待される熱効率」にて燃焼が行なわれた場合に得られる発生熱量に、１よりも小さい正の係数（例えば、０．６〜０．９）を乗じた値を算出する関数である。なお、閾値熱量Ｑｔｈは、負荷ＫＬと機関回転速度ＮＥとをパラメータとするルックアップテーブルによって求められても良い。例えば、閾値熱量Ｑｔｈは、負荷ＫＬが大きいほど大きくなり、機関回転速度ＮＥが高いほど小さくなるように求められ得る。
ステップ２８０：ＣＰＵは、発生熱量Ｑが閾値熱量Ｑｔｈ以上であるか否かを判定する。
【００５９】
発生熱量Ｑが閾値熱量Ｑｔｈ以上であれば、ＣＰＵはステップ２８０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ２９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。従って、ノッキング回避のために燃料噴射時期θinjが基本燃料噴射時期θinjbから噴射遅角量ｄθinj（この場合、値α）だけ遅角され、点火時期θigは基本点火時期θigbに維持される。
【００６０】
運転領域が変化しない状態において、ＣＰＵが再びステップ２００から本ルーチンの処理を開始すると、ＣＰＵはステップ２１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ２４０に進む。この段階で、ノッキングが発生していなければ、ＣＰＵはステップ２４０にて「Ｎｏ」と判定してステップ２９５に直接進む。よって、ノッキングが発生しなくなれば、燃料噴射時期θinjが更に遅角側に変更されることはない。
【００６１】
これに対し、ＣＰＵがステップ２４０の処理を実行する時点において、ノッキングが依然として発生していると、ＣＰＵはステップ２５０乃至ステップ２８０に進む。従って、燃料噴射時期θinjは、所定値αだけ更に遅角される。
【００６２】
ところで、ＣＰＵがステップ２８０を実行する時点において、発生熱量Ｑが閾値熱量Ｑｔｈ未満となっていると、上述の燃料拡散時間が極めて短くなったために気筒内において燃料が十分に拡散できず、その結果、熱効率が低下していると判断することができる。従って、この場合、ＣＰＵはステップ２８０にて「Ｎｏ」と判定してステップ２８５に進み、点火遅角量ｄθigを正の所定値β（第３所定量）だけ増大する。所定値βは一定値である。但し、所定値βは、運転状態（ＫＬ，ＮＥ）に応じて変化する値であってもよい。例えば、所定値βは、負荷ＫＬが大きいほど大きくなり、機関回転速度ＮＥが小さいほど大きくなる値であってもよい。
【００６３】
次いで、ＣＰＵはステップ２９０に進み、噴射遅角量ｄθinjを正の所定値α（第２所定量＝第１所定量）だけ減少する。即ち、ＣＰＵは燃料噴射時期θinjを所定値αだけ進角させる。これにより、ステップ２５０にて所定値αだけ増大された噴射遅角量ｄθinjが、増大される前の値に戻される。その後、ＣＰＵはステップ２９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。なお、ＣＰＵはステップ２９０にて所定値αと相違する正の値α１（第２所定量）だけ噴射遅角量ｄθinjを減少してもよい。値α１は、０よりも大きく且つ所定値αよりも小さい値が望ましい。
【００６４】
このように、ＣＰＵは、ノッキングの発生によって燃料噴射時期θinjが大きく遅角され、それによって、発生熱量Ｑが閾値熱量Ｑｔｈ未満となると、燃料噴射時期θinjの遅角に代えて点火時期θigを遅角させ、以って、ノッキングの発生を抑制する。
【００６５】
４．発生熱量Ｑの算出方法の概要
次に、発生熱量Ｑの算出方法の概要について説明する。
図４の（Ａ）は、クランク角θに対する筒内圧Ｐの変化の様子を示している。図４の（Ｂ）は「Ｐ（θ）・Ｖ（θ）κ」の変化の様子を実線により示すとともに、燃焼室２５における発生熱量（発生した熱の積算量）Ｑを破線により示している。図４において、クランク角０は「圧縮上死点」を示し、クランク角θが負の値である領域は圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）を示し、クランク角θが正の値である領域は圧縮上死点後（ＡＴＤＣ）を示す。なお、Ｐ（θ）はクランク角θにおける筒内圧Ｐであり、Ｖ（θ）はクランク角θにおける燃焼室容積であり、κは燃焼室２５内のガスの比熱比である。
【００６６】
図４の（Ｂ）から、発生熱量Ｑの変化パターン（破線）はＰ（θ）・Ｖ（θ）κの変化パターン（実線）と概ね一致することが理解される。即ち、熱発生量Ｑは、Ｐ（θ）・Ｖ（θ）κに基づいて取得することができる。
【００６７】
そこで、本装置は、発生熱量Ｑとして、図４の（Ｂ）に示したΔＰ・Ｖκを算出する。より具体的に述べると、制御装置は、クランク角θが圧縮上死点前θｓ度クランク角（例えば、θｓ＝６０度クランク角）であるときのＰ（θｓ）・Ｖ（θｓ）κを取得する。更に、本装置は、クランク角θが圧縮上死点後θｅ度クランク角（例えば、θｅ＝４０度クランク角）であるときのＰ（θｅ）・Ｖ（θｅ）κを取得する。その後、本装置は、それらの差（即ち、Ｐ（θｅ）・Ｖ（θｅ）κからＰ（θｓ）・Ｖ（θｓ）κを減じた値）を量ΔＰ・Ｖκとして取得し、その量ΔＰ・Ｖκを発生熱量Ｑとして採用する。
【００６８】
クランク角θが圧縮上死点前θｓ度クランク角である時点は、対象とする燃焼行程（膨張行程）に向う圧縮行程において吸気弁３２及び排気弁３５の両方が閉じた状態にあり且つ点火時期よりも十分に進角した時期である。即ち、混合気が何らの熱を発生していない時点である。クランク角θが圧縮上死点後θｅ度クランク角である時点は、対象とする燃焼行程における混合気の燃焼が実質的に終了する最も遅い時期よりも遅い所定の時期であり且つ排気弁３５の開弁時期よりも進角した時期である。
【００６９】
なお、本装置は、クランク角θが圧縮上死点前θｓ度クランク角と圧縮上死点後θｅ度クランク角との間にある場合の「Ｐ（θ）・Ｖ（θ）κ」の最大値ＭＡＸと最小値ＭＩＮを取得し、それらの差（ＭＡＸ−ＭＩＮ）を量ΔＰ・Ｖκとして取得するように構成されてもよい。
【００７０】
即ち、本装置は、少なくとも混合気の燃焼開始時（例えば、点火時期、又は、Ｐ・Ｖκが急激な上昇を開始する時点）から燃焼終了時（例えば、点火時期以降においてＰ・Ｖκが減少を開始する時点）までの期間において、混合気の燃焼に伴って発生する熱の量である発生熱量Ｑを値ΔＰ・Ｖκに基いて推定（取得）する熱発生量推定手段を備えていると言うことができる。
【００７１】
以上、説明したように、本装置は、
機関１０にノッキングが発生したか否かを判定する判定部（ノックセンサ６６、図２のステップ２４０）と、
燃料噴射弁（３９）から燃料を噴射する時期である燃料噴射時期θinjを圧縮行程内の所定の時期に設定するように制御するとともに点火栓（３７）から火花を発生させる時期である点火時期θigを制御する制御部（電気制御装置７０）と、
を備える。
更に、前記制御部は、
ノッキングが発生したと判定されたとき燃料噴射時期θinjを第１所定量（α）遅角し（図２のステップ２５０を参照。）、且つ、燃料の燃焼による発生熱量Ｑを算出するとともに算出した発生熱量Ｑが所定の閾値Ｑｔｈよりも小さくなった場合には燃料噴射時期θinjを第２所定量進角（α、α１）する（図２のステップ２９０）とともに点火時期θigを第３所定量（β）遅角する（図２のステップ２８５）。
【００７２】
従って、機関１０の熱効率の大きな低下を招くことなく、ノッキングの発生を抑制することができる。
【００７３】
本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、本装置は、機関１０の運転状態が図５に示した領域Ａ（低回転高負荷領域）に属している場合に上述したノッキング抑制制御を実行し、機関１０の運転状態が図５に示した領域Ｂ（高回転低負荷領域）に属している場合にノッキングが発生した場合には燃料噴射時期θinjを遅角することなく点火時期θigを遅角する制御を行っても良い。
【００７４】
即ち、本装置は、機関１０の負荷ＫＬが「機関回転速度が小さいほど小さくなる閾値負荷（図５のＫＬｔｈ＝ｆ１（ＮＥ）を参照。）」よりも大きい場合（即ち、領域Ａ）にてノッキングが発生したと判定されたときには燃料噴射時期θinjを点火時期θigよりも優先して遅角し、且つ、上記の発生熱量Ｑに基づく制御を実行し、機関の負荷が閾値負荷ＫＬｔｈよりも小さい場合（即ち、領域Ｂ）にノッキングが発生したと判定されたときには点火時期θigを燃料噴射時期θinjに優先して遅角する、ように構成されてもよい。なお、図５に示した領域Ｃでは、点火時期θigをＭＢＴに設定してもノッキングが発生しない。
【００７５】
このように、機関１０の運転状態が高回転低負荷領域（領域Ｂ）に属している場合に点火時期θigによるノッキング抑制を実行するのは、
（１）機関１０の運転状態が高回転低負荷領域に属している場合にはノッキングがそもそも発生し難いので基本点火時期θigbはＭＢＴに近く、よって、点火時期θigを遅角してもトルク低下量は小さいこと、及び、
（２）機関１０の運転状態が高回転低負荷領域に属している場合、燃料噴射時期から点火時期までの時間（燃料拡散時間）が短いので、燃料噴射時期θinjを遅角すると燃料拡散時間が不足してトルク低下量が大きくなること、
に基づく。
【００７６】
更に、本装置は、ノックセンサ６６からの信号に基づいてノッキングが発生したか否かを判定しているが、筒内圧センサ６７からの信号に基づいてノッキングが発生したか否かを判定するように構成されてもよい。また、発生熱量は上述した手法と異なる方法により算出されてもよい。
【符号の説明】
【００７７】
１０…内燃機関、２５…燃焼室、３１…吸気ポート、３２…吸気弁、３４…排気ポート、３５…排気弁、３７…点火栓、３９…燃料噴射弁、６６…ノックセンサ、６７…筒内圧センサ、７０…電気制御装置、７１…ＣＰＵ。
【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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