(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関運転状態に基づいて燃焼形態を成層燃焼と均質燃焼との間で切替設定する設定手段を備えた内燃機関の燃焼制御装置において、
前記内燃機関でのノッキングの発生を検出する検出手段と、
該検出手段により成層燃焼時にノッキングの発生が検出されるときに燃焼形態を成層燃焼から均質燃焼に変更する変更手段とを備え、
前記設定手段は、機関運転状態が所定の運転領域内にあるときに燃焼形態を成層燃焼に設定する一方、前記運転領域外にあるときに燃焼形態を均質燃焼に設定するものであり、
前記変更手段は、前記運転領域を縮小することにより前記燃焼形態の変更を行うとともに、該縮小された運転領域を記憶保持するものであり、前記検出手段の検出結果に基づき均質燃焼時におけるノッキングの発生頻度を監視してこれを記憶保持するとともに、該記憶保持されている発生頻度に基づいて前記運転領域を縮小する際の縮小度合を設定するものである
ことを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項２】
機関運転状態に基づいて燃焼形態を成層燃焼と均質燃焼との間で切替設定する設定手段を備えた内燃機関の燃焼制御装置において、
前記内燃機関でのノッキングの発生を検出する検出手段と、
該検出結果に基づいて成層燃焼時におけるノッキングの発生頻度が所定頻度以上であるか否かを判断する判断手段と、
該判断手段により所定頻度以上である旨判断されるときに燃焼形態を成層燃焼から均質燃焼に変更する変更手段とを備え、
前記設定手段は、機関運転状態が所定の運転領域内にあるときに燃焼形態を成層燃焼に設定する一方、前記運転領域外にあるときに燃焼形態を均質燃焼に設定するものであり、
前記変更手段は、前記運転領域を縮小することにより前記燃焼形態の変更を行うとともに、該縮小された運転領域を記憶保持するものであり、前記検出手段の検出結果に基づき均質燃焼時におけるノッキングの発生頻度を監視してこれを記憶保持するとともに、該記憶保持されている発生頻度に基づいて前記運転領域を縮小する際の縮小度合を設定するものである
ことを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載した内燃機関の燃焼制御装置において、
前記変更手段は、前記運転領域が縮小されていることを条件に前記記憶保持されている発生頻度に基づいて前記運転領域を拡大し、該拡大された運転領域を記憶保持するものである
ことを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃焼形態を成層燃焼と均質燃焼との間で切り替えるようにした内燃機関の燃焼制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、点火プラグ近傍にのみ濃い混合気層を形成する成層燃焼を行うようにした内燃機関が知られている。こうした内燃機関では、気筒内に均質な混合気層を形成する均質燃焼のみを行うようにした内燃機関と比較して、ポンプ損失や冷却損失を低減させて燃費の向上を図ることができる。また、このように成層燃焼を行う内燃機関においても、燃料噴射量が多くなる高負荷運転時には、その燃焼形態を成層燃焼から均質燃焼に切り替えることにより、安定した燃焼状態のもと所定の機関出力を確保するようにしている。
【０００３】
ところで、内燃機関においては一般に、混合気の自己着火による異常燃焼、いわゆるノッキングが発生した場合には、点火時期を遅角させて最高燃焼圧を低く抑えることにより、このノッキングの発生を抑制する制御（以下、「ノッキング制御」という）が行われる（例えば特開平１０−１７６５７０号公報参照）。
【０００４】
また、こうしたノッキング制御において、点火時期の遅角量はノッキングの発生頻度に応じて可変設定される。即ち、ノッキングが頻繁に発生するような状況下では、この遅角量が大きく設定され、その発生を確実に抑制するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したような成層燃焼を行う内燃機関において、こうしたノッキング制御を実行する場合には以下のような不都合も無視できないものとなる。
【０００６】
即ち、成層燃焼時においては、点火プラグ近傍に所定濃度の混合気層が形成されるタイミングに合わせて点火を行う必要があることから、均質燃焼時と比較して点火時期の変更可能な範囲が大きく制限されている。このため、ノッキングの発生を抑制するために、成層燃焼時においても均質燃焼時と同様に点火時期を大きく遅角させるようにすれば、同時期が変更可能範囲から外れ、燃焼状態の悪化、最悪の場合には失火を招くこととなる。
【０００７】
また一方で、成層燃焼が実行される運転領域を予めノッキングの発生し得ない領域に限定しておけば、上記のような成層燃焼時における失火の発生を回避することはできる。しかしながら、この場合には、成層燃焼が実行される運転領域が大きく制限されてしまい、燃費の大幅な悪化も避けきれないものとなる。
【０００８】
本発明はこうした従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、成層燃焼が実行される運転領域を大きく制限することなく、ノッキング制御を通じて要求される点火時期の遅角量を好適に確保することのできる内燃機関の燃焼制御装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための構成及びその作用効果について以下に記載する。
請求項１に記載した発明では、機関運転状態に基づいて燃焼形態を成層燃焼と均質燃焼との間で切替設定する設定手段を備えた内燃機関の燃焼制御装置において、前記内燃機関でのノッキングの発生を検出する検出手段と、該検出手段により成層燃焼時にノッキングの発生が検出されるときに燃焼形態を成層燃焼から均質燃焼に変更する変更手段とを備え、前記設定手段は、機関運転状態が所定の運転領域内にあるときに燃焼形態を成層燃焼に設定する一方、前記運転領域外にあるときに燃焼形態を均質燃焼に設定するものであり、前記変更手段は、前記運転領域を縮小することにより前記燃焼形態の変更を行うとともに、該縮小された運転領域を記憶保持するものであり、前記検出手段の検出結果に基づき均質燃焼時におけるノッキングの発生頻度を監視してこれを記憶保持するとともに、該記憶保持されている発生頻度に基づいて前記運転領域を縮小する際の縮小度合を設定するものであるとしている。
【００１２】
こうした構成によれば、成層燃焼時にノッキングの発生が検出されると、燃焼形態が成層燃焼から、点火時期の遅角可能な範囲が成層燃焼よりも広い均質燃焼に変更されるため、成層燃焼が実行される運転領域を大きく制限することなく、ノッキング制御を通じて要求される点火時期の遅角量を確実に確保することができるようになる。
【００１６】
また、変更手段による燃焼形態の変更が行われる際には、その時の機関運転状態に対応した燃焼形態が成層燃焼として設定されるように、上記運転領域が縮小され記憶保持される。このため、こうした燃焼形態の変更が一旦実行されると、その後は、この記憶保持されている運転領域に基づいて燃焼形態が設定されるようになる。即ち、ノッキングの発生状況に適合するように前記運転領域が設定し直されることとなる。従って、ノッキングの発生状況に応じて燃焼形態をその都度変更する必要が無くなり、同燃焼形態が頻繁に変更されるのを防止することができるようになる。
【００１８】
さらに、内燃機関がノッキングが発生し易い状態にあるときほど、燃焼形態が成層燃焼に設定される運転領域がより大きく縮小されるとともに、その縮小分だけ燃焼形態が均質燃焼に設定される運転領域が拡大されるようになる。従って、燃焼形態が成層燃焼に設定される運転領域及び燃焼形態が均質燃焼に設定される運転領域をノッキングの発生状況に応じてより適切に設定することができるようになる。
また、請求項２に記載した発明は、機関運転状態に基づいて燃焼形態を成層燃焼と均質燃焼との間で切替設定する設定手段を備えた内燃機関の燃焼制御装置において、前記内燃機関でのノッキングの発生を検出する検出手段と、該検出結果に基づいて成層燃焼時におけるノッキングの発生頻度が所定頻度以上であるか否かを判断する判断手段と、該判断手段により所定頻度以上である旨判断されるときに燃焼形態を成層燃焼から均質燃焼に変更する変更手段とを備え、前記設定手段は、機関運転状態が所定の運転領域内にあるときに燃焼形態を成層燃焼に設定する一方、前記運転領域外にあるときに燃焼形態を均質燃焼に設定するものであり、前記変更手段は、前記運転領域を縮小することにより前記燃焼形態の変更を行うとともに、該縮小された運転領域を記憶保持するものであり、前記検出手段の検出結果に基づき均質燃焼時におけるノッキングの発生頻度を監視してこれを記憶保持するとともに、該記憶保持されている発生頻度に基づいて前記運転領域を縮小する際の縮小度合を設定するものであるとしている。
ノッキングの発生が検出されるときに直ちに燃焼形態を成層燃焼から均質燃焼に変更すると、燃費の悪化は避けられないものとなる。
この点、請求項２に記載した発明の上記構成によれば、成層燃焼時におけるノッキングの発生頻度が所定頻度以上になり、ノッキング制御において点火時期の遅角要求が大きくなるときにのみ、燃焼形態が成層燃焼から均質燃焼に変更されるようになる。従って、この請求項２に記載した発明によれば、請求項１に記載した発明の作用効果に加えて、燃焼形態として成層燃焼が選択される機会をより多く確保することができ、燃費の悪化を極力抑えることができるようになる。
【００１９】
請求項３に記載した発明は、請求項１又は請求項２に記載した内燃機関の燃焼制御装置において、前記変更手段は前記運転領域が縮小されていることを条件に前記記憶保持されている発生頻度に基づいて前記運転領域を拡大し、該拡大された運転領域を記憶保持するものであるとしている。
【００２０】
こうした構成によれば、例えば使用燃料のオクタン価が変わることにより、内燃機関がノッキングの発生し難い状態に移行したような場合には、上記運転領域が拡大され、燃焼形態として成層燃焼が選択される機会が増大するようになる。
従って、請求項３に記載した発明によれば、請求項１又は請求項２に記載した発明の作用効果に加えて、燃費の悪化を極力抑えることができるようになる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
［第１の実施形態］
以下、本発明の第１の実施形態について図１〜図６を参照して説明する。
【００２２】
図１は本実施形態にかかる燃焼制御装置及び同装置が適用されるエンジン１０の概略構成を示している。
同図１に示されるように、エンジン１０はシリンダヘッド１１と、複数のシリンダ１２（図１ではその一つのみを図示）が形成されたシリンダブロック１３とを備えている。各シリンダ１２内にはピストン１４が往復動可能に設けられており、このピストン１４と、シリンダ１２の内周壁面及びシリンダヘッド１１とによって燃焼室１５が区画形成されている。
【００２３】
シリンダヘッド１１にはこの燃焼室１５内に燃料を直接噴射するインジェクタ２０と同インジェクタ２０から噴射される燃料の点火を行う点火プラグ２１とが各シリンダ１２に対応して設けられている。この点火プラグ２１は点火コイル２２に接続されており、同点火コイル２２に内蔵されるイグナイタ２３によってその点火時期が調節される。
【００２４】
また、エンジン１０には、機関運転状態やノッキングの発生を検出するための各種センサが設けられている。クランクシャフトと同クランクシャフトと連動して回転するカムシャフト（いずれも図示略）の近傍には、クランクシャフトの回転速度（機関回転数ＮＥ）とその回転位相（クランク角ＣＡ）を検出するためのクランク角センサ３０及びカム角センサ３１がそれぞれ設けられている。また、運転者により踏込操作されるアクセルペダル（図示略）の近傍には、その踏込量（アクセル開度ＡＣＣＰ）を検出するためのアクセルセンサ３２が設けられている。更に、シリンダブロック１３には、エンジン１０に発生するノッキングの大きさに応じた信号（ノッキング信号ＫＣＳ）を出力するノックセンサ３３が設けられている。
【００２５】
これら各センサ３０〜３３から出力される検出信号はいずれも、エンジン１０の電子制御装置４０に入力される。この電子制御装置４０は、これら各センサ３０〜３３を含む各種センサからの検出信号に基づいてインジェクタ２０やイグナイタ２３等を駆動することにより、燃料噴射量や燃料噴射時期、或いは点火時期制御といった機関燃焼に係る制御を実行する。電子制御装置４０は、こうした各種制御を実行するためのプログラムや演算用マップ、制御の実行に際して算出されるデータ等を記憶保持するメモリ４１を備えている。
【００２６】
本実施形態のエンジン１０は、上記電子制御装置４０により、その燃焼形態が成層燃焼と均質燃焼との間で切替制御される。
例えば、燃焼形態が成層燃焼に切り替えられると、空燃比は理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．５）よりもリーン（Ａ／Ｆ＝２５〜５０）に設定され、燃料は圧縮行程後期に噴射されるようになる。そして、このように燃料が圧縮行程後期に噴射されることにより、ピストン１４の頂面に衝突して跳ね返った燃料が点火プラグ２１近傍に偏在した状態でその点火が行われるようになる。
【００２７】
一方、燃焼形態が均質燃焼に切り替えられると、空燃比は理論空燃比に設定されるとともに、燃料は吸気行程中に噴射されるようになる。その結果、燃焼室１５内において燃料と吸入空気とが略均質に混ざり合った状態で点火が行われるようになる。
【００２８】
また、こうした燃焼形態の切り替えは、機関負荷ＫＬ及び機関回転数ＮＥといった機関運転状態に基づいて行われる。尚、上記機関負荷ＫＬとしては、例えばアクセル開度ＡＣＣＰと機関回転数ＮＥとに基づいて設定される一行程当たりの燃料噴射量が用いられる。
【００２９】
図２は、この燃焼形態の切り替えに際して用いられるマップを示している。このマップには、現在の機関運転状態に適合する燃焼形態が成層燃焼及び均質燃焼のいずれであるかを機関負荷ＫＬとの比較のもとに判定するための負荷判定値ＪＫＬ（同図の実線）が機関回転数ＮＥと対応して示されている。
【００３０】
機関負荷ＫＬが、そのときの機関回転数ＮＥ（例えば「ＮＥ１」）に対応する負荷判定値ＪＫＬ（＝ＪＫＬ１）未満である場合（ＫＬ＜ＪＫＬ１）には、現在の機関運転状態が成層燃焼領域にあると判断され、同機関負荷ＫＬが負荷判定値ＪＫＬ以上である場合（ＫＬ≧ＪＫＬ１）には、機関運転状態が均質燃焼領域にあると判断される。尚、同図２に示される負荷判定値ＪＫＬと機関回転数ＮＥとの関係は予め実験等に基づき決定され、電子制御装置４０のメモリ４１に記憶されている。
【００３１】
また、こうした燃焼形態の切替態様は、基本的には、上記のように機関負荷ＫＬ及び機関回転数ＮＥといった機関運転状態に基づいて制御されるが、本実施形態では更に、後述するノッキング制御を通じて求められるノッキングの発生状況にも基づいて制御されている。
【００３２】
次に、こうした本実施形態におけるノッキング制御並びに燃焼形態の切替制御の詳細について順に説明する。
図３及び図４は、このノッキング制御における処理手順を示すフローチャートである。電子制御装置４０は、このフローチャートに示される処理を所定のクランク角周期の割込処理として実行する。
【００３３】
この処理に際しては、まず、現在選択されている燃焼形態が均質燃焼であるか否かが判断される（図３のステップ１００）。ここで燃焼形態が成層燃焼に設定されている場合（ステップ１００：ＮＯ）には、処理は一旦終了される。即ち、成層燃焼中は、実質的なノッキング制御にかかる処理は実行されない。尚、この成層燃焼中における点火時期は、本ルーチンとは別の処理を通じて設定される。因みに、この点火時期は、インジェクタ２０から噴射された燃料によって点火プラグ２１近傍に所定濃度の混合気層が形成されるときに点火が行われるように設定される。
【００３４】
一方、燃焼形態が均質燃焼に設定されている旨判断されると（ステップ１００：ＹＥＳ）、機関負荷ＫＬ及び機関回転数ＮＥに基づいて基本点火時期ＡＢＳＥ及び最大遅角値ＡＫＭＡＸが算出される（ステップ１１０）。
【００３５】
ここで基本点火時期ＡＢＳＥは、そのときの機関運転状態において最大の機関出力を確保することのできる点火時期であり、圧縮上死点を基準とし、同上死点前の相対的なクランク角ＣＡとして定義されている。
【００３６】
また、最大遅角値ＡＫＭＡＸは、この基本点火時期ＡＢＳＥを遅角する際の最大量であり、そのときの機関運転状態においてノッキングの発生を確実に抑制することのできる大きさに設定されている。
【００３７】
これら基本点火時期ＡＢＳＥ及び最大遅角値ＡＫＭＡＸと機関運転状態（機関負荷ＫＬ及び機関回転数ＮＥ）との関係は、予め実験等に基づいて決定され、基本点火時期ＡＢＳＥ及び最大遅角値ＡＫＭＡＸを算出するためのデータとして電子制御装置４０のメモリ４１に記憶されている。
【００３８】
次に、メモリ４１に記憶保持されているノック学習値ＡＧＫＮＫが読み込まれる（ステップ１２０）。
このノック学習値ＡＧＫＮＫは、上記基本点火時期ＡＢＳＥを最大遅角値ＡＫＭＡＸ分だけ遅角させた最遅角時期（ＡＢＳＥ−ＡＫＭＡＸ）をノッキングの発生状況に応じて進角補正するためのものであり、本ルーチンの処理を通じて、ノックキングが頻繁に発生する傾向がある場合には徐々に小さい値に更新され、逆にノッキングの発生頻度が小さい場合には徐々に大きい値に更新される学習値である。従って、このノック学習値ＡＧＫＮＫは、使用燃料のオクタン価や、シリンダ１２へのカーボン付着による実圧縮比の変化等々に起因した定常的なノッキングの発生頻度を反映するものとなっている。
【００３９】
また、このノック学習値ＡＧＫＮＫは、機関回転数ＮＥに応じて区分される複数の学習領域にそれぞれ対応した各別の値としてメモリ４１に記憶保持されている。即ち、この機関回転数ＮＥに応じて、例えば低速領域、中速領域、並び高速領域といった３つの学習領域が設定されている場合には、各学習領域にそれぞれ対応して３つのノック学習値ＡＧＫＮＫが存在することとなる。尚、このようにノック学習値ＡＧＫＮＫを各学習領域に応じて各別に有するようにしているのは、ノッキングの発生状況が機関回転数ＮＥに応じて異なるため、この機関回転数ＮＥによる違いを点火時期の設定に反映させてノッキングをより適切に抑制する必要があるといった理由による。
【００４０】
次に、ノックセンサ３３から出力されるノッキング信号ＫＣＳに基づいてエンジン１０にノッキングが発生しているか否かが判定される（ステップ１３０）。ここでノッキングが発生していると判定されると（ステップ１３０：ＹＥＳ）、現在のノック制御値ＡＫＣＳに所定値α１が加算され、その加算値（ＡＫＣＳ＋α１）が新たなノック制御値ＡＫＣＳとして設定される（ステップ１４０）。
【００４１】
このノック制御値ＡＫＣＳは、現在のノッキングの発生頻度に応じて点火時期を補正するためのものである。ノック制御値ＡＫＣＳも上記ノック学習値ＡＧＫＮＫと同様、ノッキングの発生状況に応じて更新されるものであるが、ノック学習値ＡＧＫＮＫが比較的長い期間でみたノッキングの発生頻度に応じて徐々に更新されるのに対して、このノック制御値ＡＫＣＳはその時々のノッキングの発生の有無に応じて頻繁に更新される点が上記ノック学習値ＡＧＫＮＫと異なっている。
【００４２】
一方、ノッキングが発生していないと判定された場合（ステップ１３０：ＮＯ）、現在のノック制御値ＡＫＣＳから所定値α２が減算され、その減算値（ＡＫＣＳ−α２）が新たなノック制御値ＡＫＣＳとして設定される（ステップ１４５）。
【００４３】
こうしてノック制御値ＡＫＣＳが現在のノッキングの発生の有無に応じて更新された後、以下の演算式（１）に基づいてノック遅角反映値ＡＫＮＫが算出される（ステップ１５０）。このノック遅角反映値ＡＫＮＫは、上記基本点火時期ＡＢＳＥを遅角させる際の最終的な遅角量に相当する。
【００４４】
ＡＫＮＫ←ＡＫＭＡＸ−ＡＧＫＮＫ＋ＡＫＣＳ  ・・・（１）
次に、上記ノック制御値ＡＫＣＳと所定値β１とが比較される（図４のステップ１６０）。ここでノック制御値ＡＫＣＳが所定値β１より大きい旨判断された場合、即ちノッキングの発生頻度が所定頻度より大きい場合（ステップ１６０：ＹＥＳ）、現在のノック学習値ＡＧＫＮＫから所定値γが減算され、その減算値（ＡＧＫＮＫ−γ）が新たなノック学習値ＡＧＫＮＫとして設定される（ステップ１７０）。
【００４５】
一方、ノック制御値ＡＫＣＳが所定値β１以下であると判断された場合（ステップ１６０：ＮＯ）、更にこのノック制御値ＡＫＣＳと所定値β２とが比較される（ステップ１６５）。そしてここで、ノック制御値ＡＫＣＳが所定値β２より小さい旨判断された場合、即ちノッキングの発生頻度が所定頻度より小さい場合（ステップ１６５：ＹＥＳ）、現在のノック学習値ＡＧＫＮＫに所定値γが加算され、その加算値（ＡＧＫＮＫ＋γ）が新たなノック学習値ＡＧＫＮＫとして設定される（ステップ１７５）。
【００４６】
このようにしてノック学習値ＡＧＫＮＫがノッキングの発生頻度を反映するノック制御値ＡＫＣＳの大きさに基づいて更新された後、或いはノック制御値ＡＫＣＳが（β２≦ＡＫＣＳ≦β１）の範囲にあると判断された場合（ステップ１６０及びステップ１６５：ＮＯ）、このノック学習値ＡＧＫＮＫが現在の機関回転数ＮＥに対応する学習領域での値としてメモリ４１に記憶保持される（ステップ１８０）。
【００４７】
次に、基本点火時期ＡＢＳＥからノック遅角反映値ＡＫＮＫが減算され、その減算値（ＡＢＳＥ−ＡＫＮＫ）が最終点火時期ＡＯＰとして設定される（ステップ１９０）。この処理を実行した後、本ルーチンの処理は一旦終了される。電子制御装置４０は、この最終点火時期ＡＯＰに基づく点火信号をイグナイタ２３に出力することにより、点火プラグ２１による点火を実行する。
【００４８】
次に、燃焼形態の切替制御について図５及び図６を併せ参照して説明する。
図５は、この燃焼形態を切り替える際の処理手順を示すフローチャートである。電子制御装置４０は、このフローチャートに示される処理を所定のクランク角周期の割込処理として実行する。
【００４９】
この処理に際しては、まず現在の機関回転数ＮＥ及び機関負荷ＫＬが読み込まれ（ステップ２００）、その後、機関回転数ＮＥに対応する負荷判定値ＪＫＬが先の図２に示すマップを参照して設定される（ステップ２１０）。
【００５０】
次に、次の演算式（２）に従って上記負荷判定値ＪＫＬが再設定される（ステップ２２０）。
ＪＫＬ←ＪＫＬ×（１−κ）  ・・・（２）
κ：０≦κ＜１．０
ここで、「κ」は、ノック学習値ＡＧＫＮＫの大きさに基づいて成層燃焼領域を縮小する際の縮小率である。この縮小率κが大きな値に設定されているときほど、負荷判定値ＪＫＬがより小さい値に再設定され、成層燃焼領域がより大きく縮小されるとともに、その縮小分だけ均質燃焼領域が拡大されるようになる（図２の一点鎖線参照）。尚、この縮小率κの初期値は「０」であり、成層燃焼中におけるノッキングの発生が検出されたことを条件に「０」より大きい値（但し、「１．０」未満）に設定される。この縮小率κの設定に関する詳細については後述する。
【００５１】
このようにして負荷判定値ＪＫＬを再設定した後、この負荷判定値ＪＫＬと現在の機関負荷ＫＬとを比較する（ステップ２３０）。ここで、機関負荷ＫＬが負荷判定値ＪＫＬ未満である旨判断された場合（ステップ２３０：ＹＥＳ）には、機関運転状態が成層燃焼領域にあると判断され、燃焼形態が成層燃焼に設定される（ステップ２４０）。
【００５２】
次に、ノッキング信号ＫＣＳに基づきノッキングが発生しているか否かが判定される（ステップ２５０）。そして、ノッキングが発生していない場合には（ステップ２５０：ＮＯ）、本ルーチンの処理は一旦終了される。従って、成層燃焼中にノッキングが発生しなければ、上記縮小率κは初期値「０」のまま保持されることとなる。そしてこの場合には、上記演算式（２）に基づいて負荷判定値ＪＫＬがより小さい値に再設定されることはないため、成層燃焼領域の縮小は実質的に行われないことになる。
【００５３】
一方、ノッキングが発生している場合には（ステップ２５０：ＹＥＳ）、現在の機関回転数ＮＥに対応する学習領域でのノック学習値ＡＧＫＮＫに基づいて縮小率κが設定される（ステップ２６０）。
【００５４】
図６は、この縮小率κとノック学習値ＡＧＫＮＫとの関係を示すマップである。このマップに示されるように、ノック学習値ＡＧＫＮＫが小さくなるほど、縮小率κは大きな値に設定される。これは次のような理由による。
【００５５】
即ち、ノック学習値ＡＧＫＮＫが小さくなっているときには、例えば低オクタン価の燃料の使用により、エンジン１０がノッキングの発生し易い状態にあると考えられる。このため、このような場合にも高負荷高速側の運転領域（例えば図２において負荷判定値ＪＫＬを示す実線の近傍の領域）で成層燃焼を実行させるようにすると、もはやノッキングの発生が避けきれないものとなる。
【００５６】
また、こうしたノッキングの発生を抑制するために、成層燃焼時においても均質燃焼時と同様、前述したノッキング制御を通じて点火時期を遅角させるようにすると、点火時期を正常な燃焼を確保し得る範囲よりも更に遅角側の時期に設定せざるを得なくなり失火を招くこととなる。
【００５７】
このため、本実施形態では、上記のように、ノック学習値ＡＧＫＮＫが小さく、従ってノッキングの発生頻度が大きいときほど、縮小率κをより大きな値に設定することにより、成層燃焼が実行される運転領域を大きく縮小させるとともに、点火時期を遅角する際の変更可能な範囲が成層燃焼よりも広い均質燃焼の実行領域をその縮小分だけ拡大するようにしている。
【００５８】
また一方で、同マップに示されるように、ノック学習値ＡＧＫＮＫが所定値ａよりも大きくなるときには、エンジン１０がノッキングの発生し難い状態にあるため、縮小率κはその初期値、即ち「０」に設定される。従って、この場合には、成層燃焼領域及び均質燃焼領域は初期の状態に戻されることとなる。
【００５９】
そして、このようにして設定された縮小率κは電子制御装置４０のメモリ４１に記憶保持される。また、このように成層燃焼中にノッキングの発生が検出されることで縮小率κが初期値以外の値に設定され、更に次の制御周期において、この縮小率κに応じて再設定された負荷判定値ＪＫＬに基づき燃焼形態が設定されると、機関運転状態が変化していない限り、燃焼形態は成層燃焼から均質燃焼に切り替えられるようになる。
【００６０】
一方、先のステップ２３０において、機関負荷ＫＬが負荷判定値ＪＫＬ以上である旨判断された場合（ステップ２３０：ＮＯ）には、機関運転状態が均質燃焼領域にあると判定され、燃焼形態が均質燃焼に設定される（ステップ２４５）。
【００６１】
そして、更に、上記縮小率κが「０」より大きいか否か、換言すれば成層燃焼領域が初期の状態よりも縮小されているか否かが判断される（ステップ２４６）。ここで、縮小率κが「０」より大きく、従って成層燃焼領域が縮小されていると判断された場合（ステップ２４６：ＹＥＳ）には、再び現在のノック学習値ＡＧＫＮＫに基づいて縮小率κが設定され、その設定後の値がメモリ４１に記憶保持される（ステップ２６０）。
【００６２】
このように縮小率κは、均質燃焼の実行中であっても、成層燃焼領域が初期の状態よりも縮小されていることを条件に絶えず更新される。従って、例えば使用される燃料が低オクタン価の燃料から高オクタン価の燃料に切り替えられることにより、ノック学習値ＡＧＫＮＫが増大したような場合には、その増大に伴って縮小率κはより小さい値に更新されるようになる。その結果、成層燃焼中にノッキングの発生が検出されて成層燃焼領域が一旦縮小された場合でも、その後、エンジン１０がノッキングの発生し難い状態に移行すれば、再び成層燃焼領域が初期の状態に向かって拡大されるようになる。
【００６３】
更に、前述したように、ノック学習値ＡＧＫＮＫは、機関回転数ＮＥに応じて設定された各学習領域毎に異なる値を有しているため、機関回転数ＮＥがこれら学習領域を跨って変化すれば、その変化に応じて縮小率κも各学習領域に対応した値に設定されることとなる。
【００６４】
このようにして縮小率κが設定された後、或いは成層燃焼領域が縮小されていない（縮小率κ＝０）と均質燃焼時において判断された場合（ステップ２４６：ＮＯ）にはいずれも、本ルーチンの処理は一旦終了される。
【００６５】
以上説明したように、本実施形態にかかる燃焼制御装置によれば、
（１）エンジン１０でのノッキングの発生状況に基づいて燃焼形態の切換態様を成層燃焼での運転が制限されるように制御するようにしているため、ノッキングの発生を抑制する上で点火時期を大きく遅角させる必要がある場合には、燃焼形態を点火時期の遅角可能な範囲が成層燃焼よりも広い均質燃焼に設定することができる。また、こうしたノッキングの発生状況に応じた燃焼形態の切り替えが行われることから、成層燃焼領域を予めノッキングの発生し得ない領域に限定して設定しておく必要もない。従って、成層燃焼領域を大きく制限することなく、ノッキング制御を通じて要求される点火時期の遅角量を好適に確保することができるようになる。
【００６６】
（２）また、このようにノッキングの発生状況に応じて燃焼形態を切り替える上で特に、成層燃焼時にノッキングの発生が検出されたことを条件に、燃焼形態を成層燃焼から均質燃焼に変更するようにしているため、ノッキング制御を通じて要求される点火時期の遅角量を更に確実に確保することができるようになる。しかも、成層燃焼時にノッキングの発生が検出されなければ、成層燃焼領域が縮小されることはなく、従って燃焼形態が変更されることもないため、この点で成層燃焼が行われる機会をより多く確保して燃費の悪化を抑えることができるようになる。
【００６７】
（３）更に、上記のような成層燃焼から均質燃焼への燃焼形態の変更をノック学習値ＡＧＫＮＫから求められる縮小率κに基づいて成層燃焼領域を縮小することによって行うとともに、この縮小率κをその後も記憶保持するようにしている。その結果、この縮小率κに基づく成層燃焼領域の縮小がその後も継続して行われるようになり、実質的に成層燃焼領域がノッキングの発生状況に適合するように設定し直されることとなる。従って、ノッキングの発生状況に応じて燃焼形態をその都度変更する必要が無くなり、同燃焼形態が頻繁に変更されるのを防止することができるようになる。
【００６８】
（４）また、この縮小率κを均質燃焼中に更新されるノック学習値ＡＧＫＮＫに基づいて設定するようにしているため、成層燃焼領域及び均質燃焼領域をノッキングの発生状況に応じてより適切に設定することができるようになり、上記（１）に記載の作用効果を確実に奏することができるようになる。
【００６９】
（５）一方、この縮小率κを、成層燃焼領域が初期の状態よりも縮小されていることを条件に、均質燃焼の実行中において絶えず更新するようにしているため、使用燃料の変更等によってノック学習値ＡＧＫＮＫが増大したような場合には、その増大に伴って縮小率κはより小さい値に更新されるようになる。従って、均質燃焼の実行される機会をより多く確保することができ、燃費の悪化を極力抑えることができるようになる。
【００７０】
（６）また更に、上記ノック学習値ＡＧＫＮＫを機関回転数ＮＥに応じて区分される複数の学習領域に対し各別に有するようにしているため、機関回転数ＮＥがこれら学習領域を跨って変化すれば、その変化に応じて縮小率κも各学習領域に対応した値に適宜設定されることとなる。従って、ノッキングの発生状況が機関回転数ＮＥに応じて異なっている場合でも、その機関回転数ＮＥによる違いを縮小率κによる各燃焼領域の設定の際に反映させることができ、上記（１）に記載した作用効果を一層確実に奏することができるようになる。
等々、多くの優れた作用効果が奏せられるようになる。
【００７１】
［第２の実施形態］
以下、本発明の第２の実施形態について上記第１の実施形態との相違点を中心に説明する。
【００７２】
本実施形態では、成層燃焼時においても、均質燃焼時と同様、ノッキング制御を実行するとともに、このノッキング制御を通じてノック学習値ＡＧＫＮＫを算出するようにしている点、並びに、ノッキングの発生の有無ではなく、この成層燃焼時に求められるノック学習値ＡＧＫＮＫが下限値に達したことを条件に、燃焼形態を成層燃焼から均質燃焼に変更するようにしている点が上記第１の実施形態と相違している。
【００７３】
以下、この相違点について詳細に説明する。
まず、先の図３及び図４のフローチャートに示されるノッキング制御の処理においては、燃焼形態が均質燃焼であるか否かの判断処理（ステップ１００）が省略されている。従って、現在選択されている燃焼形態の如何に関わらず、ステップ１１０以降の一連の処理が実行されるようになる。
【００７４】
次に、ステップ１１０では、機関負荷ＫＬ及び機関回転数ＮＥの他、現在選択されている燃焼形態に基づいて基本点火時期ＡＢＳＥ及び最大遅角値ＡＫＭＡＸが算出される。
【００７５】
更に、ステップ１２０では、メモリ４１に記憶保持されているノック学習値ＡＧＫＮＫが読み込まれる。本実施形態においては、成層燃焼時においても均質燃焼時と同様に、機関回転数ＮＥにより区分された複数の学習領域毎にノック学習値ＡＧＫＮＫの更新が行われ、その更新されたノック学習値ＡＧＫＮＫが各学習領域毎にメモリ４１に記憶保持されている。従って、このステップ１２０におけるノック学習値ＡＧＫＮＫの読み込みに際しては、機関回転数ＮＥ及び現在選択されている燃焼形態が参照される。
【００７６】
尚、以下において、このノック学習値ＡＧＫＮＫを均質燃焼時の値と成層燃焼時の値とで特に区別する必要がある場合には、均質燃焼時のノック学習値ＡＧＫＮＫを「ＡＧＫＮＫＳ」と、成層燃焼時のノック学習値ＡＧＫＮＫを「ＡＧＫＮＫＴ」とそれぞれ表記する。
【００７７】
このようにして燃焼形態及び各学習領域に対応したノック学習値ＡＧＫＮＫが読み込まれた後、ノック制御値ＡＫＣＳの大きさに基づいて、ノック学習値ＡＧＫＮＫが更新され（ステップ１７０又はステップ１７５）、或いは現状のまま保持された後（ステップ１６５：ＮＯ）、ノック学習値ＡＧＫＮＫが現在の燃焼形態並びに各学習領域毎にメモリ４１に記憶保持される（ステップ１８０）。
【００７８】
一方、燃焼形態の切替制御にあっては、先の図５のフローチャートに示すステップ２５０及びステップ２６０における処理内容が第１の実施形態と相違している。
【００７９】
即ち、図７のフローチャートに示されるように、本実施形態にかかる燃焼形態の切替制御では、燃焼形態を成層燃焼に設定した後（図５のステップ２４０）、成層燃焼時におけるノック学習値ＡＧＫＮＫＴと判定値ＪＡＧＫＮＫとの比較が行われる（ステップ２５２）。
【００８０】
前述したように、成層燃焼時においては、点火時期の変更可能範囲が均質燃焼時と比較して制限されており、ノック学習値ＡＧＫＮＫＴを小さく設定して点火時期（最終点火時期ＡＯＰ）を遅角するにしても限界がある。上記判定値ＪＡＧＫＮＫは、こうした失火を回避すべくノック学習値ＡＧＫＮＫＴを変更する際の下限値として設定されている。即ち、成層燃焼時において、ノック学習値ＡＧＫＮＫがこの判定値ＪＡＧＫＮＫを上回る範囲に設定されていれば、失火を招くことなく正常な機関燃焼を継続することができるようになる。尚、電子制御装置４０のメモリ４１には、この判定値ＪＡＧＫＮＫと機関運転状態（例えば機関負荷ＫＬ及び機関回転数ＮＥ）との関係を示すマップが記憶保持されており、同判定値ＪＡＧＫＮＫはこのマップを参照して算出される。
【００８１】
成層燃焼時のノック学習値ＡＧＫＮＫＴがこの判定値ＪＡＧＫＮＫより大きい場合（ステップ２５２：ＮＯ）には、本ルーチンの処理が一旦終了されるのに対し、同ノック学習値ＡＧＫＮＫＴが判定値ＪＡＧＫＮＫ以下である旨判断された場合（ステップ２５２：ＹＥＳ）には、均質燃焼時のノック学習値ＡＧＫＮＫＳがメモリ４１から読み込まれ、そのノック学習値ＡＧＫＮＫＳに基づいて縮小率κが設定される（ステップ２６２）。このように縮小率κがノック学習値ＡＧＫＮＫＳに基づいて設定される結果、次の制御周期においては、機関運転状態が変化していない限り、燃焼形態が成層燃焼から均質燃焼に変更されるようになる。尚、ノック学習値ＡＧＫＮＫＳと縮小率κとの関係は、先の図６に示されるものと同様の傾向を有しており、予め実験等に基づき決定されてメモリ４１に記憶保持されている。
【００８２】
また、ステップ２４６において、成層燃焼領域が初期の状態よりも縮小されていることが均質燃焼時に判断される場合も、ステップ２６２において均質燃焼時のノック学習値ＡＧＫＮＫＳに基づく縮小率κの設定が行われ、同縮小率κが現在のノッキングの発生状況に応じて更新される。
【００８３】
以上説明したように、本実施形態にかかる燃焼制御では、成層燃焼時でのノック学習値ＡＧＫＮＫＴが判定値ＪＡＧＫＮＫ以下であること、換言すれば、ノッキングの発生頻度が所定頻度以上であることを条件に、成層燃焼領域が縮小されて燃焼形態が成層燃焼から均質燃焼に変更される。従って、ノッキングの発生が検出されるときには、燃焼形態を常に成層燃焼から均質燃焼に変更するようにした第１の実施形態での切替制御とは異なり、ノッキング制御において点火時期の遅角要求が大きくなり、成層燃焼時の燃焼悪化が懸念されるときのみ、燃焼形態が成層燃焼から均質燃焼に変更されるようになる。
【００８４】
従って、本実施形態にかかる燃焼制御装置によれば、第１の実施形態において記載した（１）〜（６）の作用効果に加えて、
（７）成層燃焼時のノック学習値ＡＧＫＮＫＴが下限値（判定値ＪＡＧＫＮＫ）に達したことを条件に成層燃焼の縮小設定を実行するようにしているため、燃焼形態として成層燃焼が選択される機会をより多く確保することができ、燃費の悪化を極力抑えることができる。
といった作用効果が奏せられるようになる。
【００８５】
以上説明した各実施形態は以下のように構成を変更して実施することもできる。
・上記各実施形態において、例えば、図８に示されるように、燃焼形態として成層燃焼及び均質燃焼の他、成層強度を弱めた燃焼形態（以下、「弱成層燃焼」という）を選択するようにしてもよい。この弱成層燃焼は、例えば、圧縮行程後期に加え吸気行程中においても燃料噴射を実行することにより、点火プラグ２１近傍とそれ以外の部分との間における燃料濃度差を減少させることで実現することができる。
【００８６】
そして、成層燃焼時にノッキングが発生したこと、或いは成層燃焼時のノック学習値ＡＧＫＮＫＴが下限値に達したことを条件に、成層燃焼領域を縮小する際に、この弱成層燃焼の領域も併せて縮小するようにする。また、このように各燃焼領域を縮小する際には、その縮小率を等しく設定する他、これを成層燃焼と弱成層燃焼とで異なる値に設定することもできる。
【００８７】
・上記各実施形態では、成層燃焼領域を縮小する際に、その縮小度合を均質燃焼時のノック学習値ＡＧＫＮＫＳに基づいて設定するようにしたが、成層燃焼領域が通常時の領域（例えば図２のマップに示す領域）よりも縮小設定されたマップを予め用意しておき、成層燃焼時にノッキングが発生したこと、或いは成層燃焼時のノック学習値ＡＧＫＮＫＴが下限値に達したことを条件に、成層燃焼領域を縮小する際には、燃焼形態決定用のマップを通常時のマップからこのマップに切り替えるようにしてもよい。また、この場合には、均質燃焼時のノック学習値ＡＧＫＮＫＳが所定値以上になったことを条件に、燃焼形態決定用のマップを再び通常時のマップに戻すようにする。
【００８８】
・上記各実施形態では、成層燃焼領域が初期の状態よりも縮小されていることを条件に、縮小率κを均質燃焼の実行中に更新するようにしたが、この更新処理を省略するとともに、この縮小率κをエンジン１０の運転が停止されたことを条件に初期値「０」にリセットするようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかる燃焼制御装置及びエンジンの概略構成図。
【図２】第１の実施形態におけるエンジン１０の燃焼形態と機関運転状態との関係を示すマップ。
【図３】ノッキング制御における処理手順を示すフローチャート。
【図４】同じくノッキング制御における処理手順を示すフローチャート。
【図５】第１の実施形態における燃焼形態切替制御の処理手順を示すフローチャート。
【図６】成層燃焼領域の縮小率とノック学習値との関係を示すマップ。
【図７】第２の実施形態における燃焼形態切替制御の処理手順を示すフローチャート。
【図８】別の実施形態におけるエンジン１０の燃焼形態と機関運転状態との関係を示すマップ
【符号の説明】
１０…エンジン、１１…シリンダヘッド、１２…シリンダ、１３…シリンダブロック、１４…ピストン、１５…燃焼室、２０…インジェクタ、２１…点火プラグ、２２…点火コイル、２３…イグナイタ、３０…クランク角センサ、３１…カム角センサ、３２…アクセルセンサ、３３…ノックセンサ、４０…電子制御装置、４１…メモリ。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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