(57)【要約】【課題】予混合気を自着火燃焼させる内燃機関の自着火開始時期を、ノックセンサの信号を用いて高い精度で推定することができる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】本発明に係る内燃機関の制御装置は、ノックセンサの信号を取り込んで処理し、その信号処理の結果からノックセンサの信号に有意な変化が現れた時期を取得する。そして、ノックセンサの信号に有意な変化が現れた時期に基づいて正規燃焼の自着火開始時期を算出する。算出された自着火開始時期は、内燃機関の動作を制御するためのアクチュエータの操作量、例えば、燃料の噴射時期の決定に用いられる。【選択図】図８
2018178745.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予混合気を自着火燃焼させる内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関に取り付けられたノックセンサの信号を取り込み処理するように構成された制御装置において、
前記ノックセンサの信号に有意な変化が現れた時期に基づいて自着火開始時期を算出する自着火開始時期算出手段と、
前記自着火開始時期に基づいて前記内燃機関の動作を制御するためのアクチュエータの操作量を決定するアクチュエータ操作量決定手段と、
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】
前記自着火開始時期算出手段は、前記ノックセンサの信号の大きさが所定の閾値を超えた時期を前記有意な変化が現れた時期として取得する
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記自着火開始時期算出手段は、自着火燃焼が起きていないことが確実な期間における前記ノックセンサの信号のばらつきを計算し、前記ノックセンサの信号のばらつきに応じて前記閾値を変更する
ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記自着火開始時期算出手段は、前記ノックセンサの信号の振幅が最大となった時期を基準にして前記ノックセンサの信号のばらつきを計算する期間を決定する
ことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記自着火開始時期算出手段は、前記ノックセンサの信号の大きさをＹ軸、クランク角或いは時間をＸ軸とする直交座標系において、前記ノックセンサの信号の振幅が最大となった時期よりも進角側の期間であって、且つ、自着火燃焼が起きていることが確実な期間における極大点を複数とり、複数の前記極大点の関係を近似する直線或いは曲線と前記Ｘ軸との交点のＸ値を前記有意な変化が現れた時期として取得する
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記自着火開始時期算出手段は、前記ノックセンサの信号の振幅の最大値が所定の下限値より大きい場合、前記有意な変化が現れた時期に基づいて前記自着火開始時期を算出し、前記最大値が前記下限値以下の場合、前記ノックセンサの信号の振幅が最大になった時期に基づいて前記自着火開始時期を算出する
ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記自着火開始時期算出手段は、前記ノックセンサの信号の振幅の最大値が所定の下限値以下の場合、前記有意な変化が現れた時期に基づいて算出した前記自着火開始時期を進角側に補正し、前記最大値が小さいほど前記自着火開始時期の進角側への補正量を大きくする
ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の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、内燃機関の制御装置に関し、詳しくは、予混合気を自着火燃焼させる内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
予混合気を自着火燃焼させる内燃機関において、燃焼効率や騒音、そしてＮＯｘ等のエミッションを管理するためには，自着火開始時期を制御することが有効である。自着火開始時期の適正な制御のためには、現在の自着火開始時期を高精度に推定することが必要とされる。自着火開始時期に関する情報は、例えば、筒内圧センサを用いることにより高い精度で得ることができる。しかし、筒内圧センサは比較的高価であり、また、筒内圧センサの実用化にはいくつかの課題がある。ゆえに、現在既に一般的に搭載されている振動センサ、具体的には、ノックセンサを用いて自着火開始時期を推定することが検討されている。例えば、特開２００７−１２７００４号公報には、自着火燃焼の発生をノックセンサにより検出し、その開始時期を推定することが開示されている。
【０００３】
ところが、上記公報にはノックセンサの信号をどのように用いて自着火開始時期を推定するかについては記載されていない。火花点火エンジンにおいてノックセンサの信号を用いてノックを検出する場合、通常、ノックセンサの信号の振幅が最大となる時期がノックの発生時期とみなされる。これと同様に、予混合気を自着火燃焼させる内燃機関の自着火開始時期についても、ノックセンサの信号の振幅が最大となる時期を自着火開始時期として推定することが１つの方法として考えられる。しかしながら、本出願に係る発明者が実験を行い、ノックセンサの信号の振幅が最大となる時期と自着火開始時期との関係について調べた結果、両者の間には一定の相関性は見られるものの、自着火開始時期を高精度に推定できるほどには相関性は高くはないことが判明した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１２７００４号公報
【特許文献２】特開２００４−１１６４６６号公報
【特許文献３】特開２０１１−１９０７２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、予混合気を自着火燃焼させる内燃機関の自着火開始時期を、ノックセンサの信号を用いて高い精度で推定することができる内燃機関の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】
【０００６】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、予混合気を自着火燃焼させる内燃機関の制御装置であって、内燃機関に取り付けられたノックセンサの信号を取り込み処理するように構成された制御装置である。上記目的を達成するため、本制御装置は、ノックセンサの信号に有意な変化が現れた時期に基づいて自着火開始時期を算出する自着火開始時期算出手段と、自着火開始時期に基づいて内燃機関の動作を制御するためのアクチュエータの操作量を決定するアクチュエータ操作量決定手段とを備える。本制御装置は、少なくとも１つのプロセッサと少なくとも１つのメモリとを備えるコンピュータである。本制御装置は、メモリに記憶されたプログラムがプロセッサで実行されることにより、自着火開始時期算出手段及びアクチュエータ操作量決定手段として機能するように構成されている。
【０００７】
予混合気を自着火燃焼させる内燃機関における正規の自着火燃焼は、火花点火エンジンにおける火炎伝播と比べて燃焼が急峻である。この急峻な燃焼の開始時期に生じる圧力波が振動としてノックセンサに伝わったとき、ノックセンサの信号の有意な変化として検出される。ノックセンサの信号の有意な変化とは、外乱による信号の変化と区別ができる変化である。予混合気を自着火燃焼させる内燃機関の場合、火花点火エンジンとは異なり非正規な自着火燃焼は起こりづらい。つまり、外乱による信号と区別できる信号の変化が現れたとき、それは自着火燃焼の開始時期に生じた振動による変化である。
【０００８】
本出願に係る発明者が実験を行い、ノックセンサの信号に有意な変化が現れる時期と自着火開始時期との関係について調べた結果、両者の間には高い相関性があることが判明した。このことは、ノックセンサの信号に有意な変化が現れる時期を取得することで、自着火開始時期を高い精度で推定できることを意味する。
【０００９】
上記のように、本制御装置は、ノックセンサの信号に有意な変化が現れた時期に基づいて自着火開始時期を算出するように構成されている。ゆえに、本制御装置によれば、自着火開始時期を高い精度で推定することができ、その高い精度で推定された自着火開始時期に基づいて内燃機関の動作を制御するためのアクチュエータの操作量を決定することにより、内燃機関の制御精度を高めることができる。
【００１０】
ノックセンサの信号に現れる有意な変化を検出する方法として、ノックセンサの信号の大きさを所定の閾値と比較する方法を用いてもよい。例えば、ノックセンサの信号の大きさが所定の閾値を超えた時期を、ノックセンサの信号に有意な変化が現れた時期として取得してもよい。自着火燃焼は急峻であるので、外乱による信号と自着火燃焼の振動による信号とは閾値によって明確に区別することができる。なお、閾値は内燃機関の運転状態を示すパラメータ、例えば、目標トルクやエンジン回転数に応じて変更してもよい。
【００１１】
外乱による信号と自着火燃焼の振動による信号とをより正確に区別するため、外乱のレベルに応じて閾値を変更してもよい。具体的には、自着火燃焼が起きていないことが確実な期間におけるノックセンサの信号のばらつきを計算し、計算で得られたノックセンサの信号のばらつきに応じて閾値を変更してもよい。自着火燃焼が起きていないことが確実な期間とは、例えば、自着火燃焼が起きる条件が整っていないことが明白な期間であり、これは前もって予測することができる。また、ノックセンサの信号の振幅が最大となった時期が分かればおおよその自着火開始時期も分かるので、ノックセンサの信号の振幅が最大となった時期を基準にしてノックセンサの信号のばらつきを計算する期間を決定してもよい。
【００１２】
ノックセンサの信号に現れる有意な変化を検出する別の方法として、ノックセンサの信号の波形に基づいた方法を用いてもよい。具体的には、ノックセンサの信号の大きさをＹ軸、クランク角或いは時間をＸ軸とする直交座標系において、ノックセンサの信号の振幅が最大となった時期よりも進角側の期間であって、且つ、自着火燃焼が起きていることが確実な期間における極大点を複数とる。そして、複数の極大点の関係を近似する直線或いは曲線とＸ軸との交点をもとめ、その交点のＸ値をノックセンサの信号に有意な変化が現れた時期として取得する。この方法では、有意な変化が現れる前のノックセンサの信号ではなく、有意な変化が現れた後のノックセンサの信号を用いて、ノックセンサの信号に有意な変化が現れた時期が推測される。有意な変化が現れた後のノックセンサの信号はＳ／Ｎ比が高いので、この方法によれば、自着火開始時期の推定精度への外乱の影響を低く抑えることができる。
【００１３】
ところで、自着火燃焼が起きたときのノックセンサの信号のレベルは燃焼速度に依存して変化する。例えば、高負荷では燃焼速度が速くノックセンサの信号のレベルは高いが、低負荷では燃焼速度が低くノックセンサの信号のレベルも低くなる。ノックセンサの信号のレベルが低くなれば、ノックセンサの信号に現れる有意な変化も相対的に不明瞭なものとなる。そこで、ノックセンサの信号の振幅の最大値が所定の下限値より大きい場合は、有意な変化が現れた時期に基づいて自着火開始時期を算出するが、振幅の最大値が下限値以下の場合、ノックセンサの信号の振幅が最大になった時期に基づいて自着火開始時期を算出するようにしてもよい。
【００１４】
ノックセンサの信号に有意な変化が現れる時期と自着火開始時期との相関性に比較すると、ノックセンサの信号の振幅が最大となる時期と自着火開始時期との相関性は高くはない。しかし、ノックセンサの信号に現れる有意な変化が不明瞭な場合に限り、ノックセンサの信号の振幅が最大となる時期を用いることにすれば、自着火開始時期に基づきアクチュエータ操作量を決定することができる運転領域を広げることができる。
【００１５】
また、本出願に係る発明者が実験を行い、ノックセンサの信号に有意な変化が現れる時期に基づいて自着火開始時期を算出する場合の誤差について調べた結果、ノックセンサの信号のレベルが低くなると自着火開始時期の算出値は真値よりも遅角側にずれ、その誤差はノックセンサの信号のレベルが低くなるほど大きくなることが判明した。ゆえに、ノックセンサの信号の振幅の最大値が所定の下限値以下の場合、有意な変化が現れた時期に基づいて算出した自着火開始時期を進角側に補正し、振幅の最大値が小さいほど自着火開始時期の進角側への補正量を大きくするようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
以上述べたように、本制御装置によれば、ノックセンサの信号に有意な変化が現れた時期に基づいて自着火開始時期を算出することにより、予混合気を自着火燃焼させる内燃機関の自着火開始時期を高い精度で推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明が適用されるエンジンシステムの構成を示す図である。
【図２】エンジンシステムを構成する制御装置の機能を示すブロック図である。
【図３】自着火燃焼を示す波形とノックセンサの信号との関係を示す図である。
【図４】ノック振幅最大時期と自着火開始時期との相関性を示すグラフである。
【図５】ノック発生時期と自着火開始時期との相関性を示すグラフである。
【図６】自着火燃焼の開始の前後におけるノックセンサの信号の波形を示すグラフである。
【図７】図６に示すノックセンサの信号を絶対値で表現したグラフである。
【図８】実施の形態１に係る自着火開始時期フィードバック制御のルーチンを示すフローチャートである。
【図９】実施の形態２に係るノック判定閾値の算出のための標準偏差の算出期間を示す図である。
【図１０】実施の形態２に係る自着火開始時期フィードバック制御のメインルーチンを示すフローチャートである。
【図１１】実施の形態２に係るノック発生時期取得のためのサブルーチンを示すフローチャートである。
【図１２】実施の形態３に係るノック発生時期の算出方法を示す図である。
【図１３】実施の形態３に係るノック発生時期取得のためのサブルーチンを示すフローチャートである。
【図１４】運転条件によるノックセンサの信号のレベルの違いを示す図である。
【図１５】実施の形態４に係る自着火開始時期フィードバック制御のメインルーチンを示すフローチャートである。
【図１６】ノックセンサの信号の最大振幅と自着火時期の算出値の真値に対する誤差との関係を示すグラフである。
【図１７】実施の形態５に係る自着火開始時期フィードバック制御のメインルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
【００１９】
１．エンジンシステムの構成
まず、後述する各実施の形態において本発明が適用されるエンジンシステムについて説明する。図１は、エンジンシステムの構成を示す図である。この図に示すエンジンシステムの構成は各実施の形態において共通である。エンジンシステムは、自動車用のエンジンシステムであり、内燃機関２と制御装置３０とから構成される。内燃機関２は、予混合気を自着火燃焼させる内燃機関、具体的には、ＨＣＣＩ（Homogeneous Charge Compression Ignition）、ＳＡＣＩ（Spark Assisted Compression Ignition）、ＰＰＣ（Partially Premixed Compression）、ＰＣＣＩ（Premixed Charge Compression Ignition）等の自着火燃焼方式をとることができる自着火燃焼エンジンである。
【００２０】
内燃機関２には、少なくともノックセンサ１０とクランク角センサ１２とを含む複数のセンサが取り付けられている。また、内燃機関２には、その動作を制御するための複数のアクチュエータが取り付けられている。このアクチュエータには、少なくとも燃料噴射装置２０が含まれる。燃料噴射装置２０は燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁を含む。これらセンサやアクチュエータは、制御装置３０に電気的に接続されている。
【００２１】
制御装置３０は、少なくとも１つのプロセッサと、少なくとも１つのメモリとを有するＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。メモリには、内燃機関２の制御のための各種のプログラムやマップを含む各種のデータが記憶されている。メモリに記憶されているプログラムがロードされてプロセッサで実行されることで、制御装置３０には様々な機能が実現される。制御装置３０には、内燃機関２に取り付けられたセンサから、内燃機関２の運転状態や運転条件に関する様々な情報が入力される。制御装置３０は、少なくともこれらの情報に基づいて、内燃機関２の動作に関係するアクチュエータの操作量を決定する。なお、制御装置３０は、複数のＥＣＵから構成されていてもよい。
【００２２】
図２は、制御装置３０の機能を示すブロック図である。図２には、制御装置３０が有する種々の機能のうち、特に、ノック発生時期の取得に係る機能と、自着火開始時期の算出に係る機能と、アクチュエータ操作量の決定に係る機能とが抽出されてブロックで表現されている。制御装置３０はその他にも様々な機能を備えているが、それらについての図示は省略されている。図２では、機能ごとに演算ユニット４０，４２，４４が割当てられている。ただし、各演算ユニット４０，４２，４４はハードウェアとして存在するものではなく、メモリに記憶されたプログラムがプロセッサで実行されたときに仮想的に実現される。図２に示す制御装置３０の構成は各実施の形態において共通であるが、各演算ユニット４０，４２，４４の機能には実施の形態ごとに違いが有る。ゆえに、以下では、ノック発生時期取得ユニット４０、自着火開始時期算出ユニット４２、及びアクチュエータ操作量決定ユニット４４のそれぞれの機能の概要について説明し、詳細については実施の形態ごとに説明する。
【００２３】
２．ノックセンサの信号を用いた自着火開始時期の推定
ここでは、まず、自着火燃焼を示す波形とノックセンサの信号との関係について図３を用いて説明する。図３には、本発明に係る発明者が行った自着火燃焼に係る実験の結果が四段組みのグラフで示されている。なお、実験した自着火燃焼はＨＣＣＩ燃焼であるが、以下に説明する自着火燃焼を示す波形とノックセンサの信号との関係は、ＳＡＣＩ燃焼等の他の自着火燃焼方式にも当てはまる関係である。
【００２４】
図３の一段目は、自着火燃焼による筒内圧力の波形を示すグラフである。二段目は、筒内圧センサにより得られるノック信号の波形を示すグラフである。より詳しくは、筒内圧センサから出力される信号をバンドパスフィルタに通したものがグラフに示されている。バンドパスフィルタはノックの一次周波数帯域（例えば５〜１０ｋＨｚ）に合わされている。三段目は、ノックセンサにより得られるノック信号の波形を示すグラフである。より詳しくは、ノックセンサから出力される信号を上記と同様の周波数帯域を有するバンドパスフィルタに通したものがグラフに示されている。そして、四段目は、筒内圧力から計算した熱発生率の波形を示すグラフである。
【００２５】
グラフ中の（Ａ）は、自着火開始時期を示している。グラフ中の（Ｂ）は、筒内圧センサにより得られるノック信号の振幅が最大となる時期、すなわち、燃焼室内の圧力変動の振幅が最大となる時期を示している。グラフ中の（Ｃ）は、ノックセンサにより得られるノック信号の振幅が最大となる時期を示している。本明細書では、この時期（Ｃ）をノック振幅最大時期と称する。そして、グラフ中の（Ｄ）は、ノックセンサにより得られるノック信号が変化し始める時期を示している。この時期（Ｄ）はノックが発生したことがノックセンサにより検出された時期であるので、本明細書では、この時期（Ｄ）をノック発生時期と称する。
【００２６】
火花点火エンジンにおいてノックを検出する場合、通常、ノック振幅最大時期（Ｃ）が用いられる。しかし、自着火燃焼エンジンでは、自着火開始時期（Ａ）とノック振幅最大時期（Ｃ）との間にはずれがある。このずれには、自着火開始時期（Ａ）から時期（Ｂ）までの遅れ、すなわち、自着火の開始から燃焼室内の圧力変動の振幅が最大となるまでの遅れと、時期（Ｂ）からノック振幅最大時期（Ｃ）までの遅れ、すなわち、燃焼室内の圧力変動の振幅が最大となってからノックセンサにより得られるノック信号の振幅が最大となるまでの遅れが含まれている。
【００２７】
ゆえに、ノック振幅最大時期（Ｃ）から自着火開始時期（Ａ）を算出するためは、上記二種類の遅れについて補正する必要がある。時期（Ｂ）からノック振幅最大時期（Ｃ）までの遅れは、燃焼室内からエンジンブロックへの振動の伝達遅れであるので、時間に換算すればほぼ一定である。この遅れに対する補正は、エンジン回転数によって時間とクランク角との関係が変化することから、エンジン回転数の影響を考慮して行えばよい。一方、自着火開始時期（Ａ）から時期（Ｂ）までの遅れは、自着火燃焼での熱発生率に関係するあらゆる要素（例えば、燃料量、空気量、ＥＧＲ率、筒内温度、自着火時期）の影響を受けると考えられるため、その補正を的確に行うことは容易ではない。
【００２８】
そこで、本出願では、ノック振幅最大時期（Ｃ）ではなく、ノック発生時期（Ｄ）に着目する。自着火燃焼エンジンにおける正規の自着火燃焼は、火花点火エンジンにおける火炎伝播と比べて燃焼が急峻である。この急峻な燃焼の開始時期に生じる圧力波が振動としてノックセンサに伝わったとき、ノックセンサの信号に有意な変化が現れる。この有意な変化を検出することによってノック発生時期（Ｄ）を取得することができる。自着火開始時期（Ａ）からノック発生時期（Ｄ）までの遅れは、自着火開始時期（Ａ）からノック振幅最大時期（Ｃ）までの遅れに比較して無視できる程度に小さく、上述の熱発生率に関係する要素の影響を受けにくい。ゆえに、ノック発生時期（Ｄ）に基づけば、自着火開始時期（Ａ）を精度良く推定できると考えられる。
【００２９】
本出願に係る発明者が実験を行い、ノック振幅最大時期とノック発生時期のそれぞれについて自着火開始時期との相関性を調べた結果をグラフに示す。実験では、エンジン回転数、燃料噴射量、ＥＧＲ率、空気量、及び吸気温度を変えながらＨＣＣＩ燃焼による運転を行なった場合の約１００点の動作点について、図３に示すようなデータを収集した。収集したデータから自着火開始時期、ノック振幅最大時期、及びノック発生時期を特定し、グラフにプロットしたものが図４及び図５である。図４は、自着火開始時期とノック振幅最大時期との相関性を示し、図５は、自着火開始時期とノック発生時期との相関性を示している。２つのグラフの縦軸はともにクランク角度でありスケールは等しい。また、２つのグラフの横軸もともにクランク角度でありスケールは等しい。
【００３０】
図４のグラフからは、自着火開始時期とノック振幅最大時期との間には一定の相関性は見られるものの、近似直線に対するばらつきは小さくないことが分かる。つまり、近似直線を用いてノック振幅最大時期から自着火開始時期を高精度に推定できるほどには、両者の相関性は高くはない。これに対して図５のグラフからは、自着火開始時期とノック発生時期との相関性は高く、近似直線に対するばらつきは小さいことが分かる。このような高い相関性があれば、近似直線を用いてノック発生時期から自着火開始時期を高精度に推定することができる。
【００３１】
以上の理由により、本出願では、制御装置３０は、ノック発生時期に基づいて自着火開始時期を算出するように構成される。ノック発生時期取得ユニット４０は、ノックセンサ１０の信号を処理してノック発生時期を取得する手段であり、後述する各実施の形態の方法にてノック発生時期を取得するように構成される。自着火開始時期算出ユニット４２は、図５に示す相関関係を前提に、ノック発生時期に基づいて自着火開始時期を算出するように構成される。なお、ノック発生時期取得ユニット４０と自着火開始時期算出ユニット４２は、本出願の請求項に記載の自着火開始時期算出手段を構成する。
【００３２】
算出された自着火開始時期は、制御装置３０による内燃機関２の制御に利用される。アクチュエータ操作量決定ユニット４４は、自着火開始時期に基づいてアクチュエータ操作量の少なくとも１つを決定するように構成される。アクチュエータ操作量決定ユニット４４により決定可能なアクチュエータ操作量には、燃料噴射量、燃料噴射時期、燃料噴射圧力、点火時期（自着火燃焼がＳＡＣＩ燃焼の場合の補助点火時期）、空気量、ＥＧＲバルブ開度、吸気バルブ開閉タイミング、排気バルブ開閉タイミング、オゾン供給量、吸気温度、エンジン冷却水温、及び燃料性状が含まれる。
【００３３】
３．実施の形態１
以下、本発明の実施の形態１について説明する。まず、実施の形態１に係るノック発生時期の取得方法について図６及び図７を用いて説明する。図６は、自着火燃焼の開始の前後におけるノックセンサの信号の波形を示すグラフである。図７は、図６に示すノックセンサの信号を絶対値で表現したグラフである。これらのグラフから分かるように、自着火燃焼が起きると、外乱による信号の変化と区別ができる有意な変化がノックセンサの信号に現れる。この有意な変化を検出する方法として、実施の形態１では、ノックセンサの信号の大きさを所定の閾値と比較する方法が用いられる。
【００３４】
自着火燃焼は急峻であるので、外乱による信号と自着火燃焼の振動による信号とは閾値によって明確に区別することができる。実施の形態１では、ノックセンサの信号の大きさ（すなわち、信号の絶対値）をノック判定閾値と比較し、ノックセンサの信号の大きさがノック判定閾値を超えた時期をノック発生時期として取得することが行われる。ノック判定閾値は定数でもよいが、実施の形態１では内燃機関２の運転状態に応じて変更される。具体的には、目標トルク（或いは燃料噴射量）を入力に持つマップを用いてノック判定閾値が算出される。ノックセンサの信号のレベルは負荷が低いほど小さくなることから、このマップでは、目標トルクが小さいほどノック判定閾値は小さくされる。なお、ノック判定閾値を決定するマップの入力には、エンジン回転数を加えることもできる。
【００３５】
実施の形態１では、制御装置３０は、内燃機関２の運転状態に基づいて目標自着火開始時期を決定し、ノック発生時期に基づき算出される自着火開始時期を目標自着火開始時期に近づけるためのフィードバック制御を実施する。現在の自着火開始時期をノック発生時期から推定してフィードバック制御を行うことにより、あらゆる状況下（気温、気圧、湿度などの環境影響下や、市場の燃料バラツキなど）において狙いの自着火開始時期に制御することが可能となる。その結果、実用燃費の向上やドライバビリティの向上、さらには排気エミッションの適正な保持が可能になる。なお、自着火開始時期フィードバック制御に係るアクチュエータ操作量としては、燃料噴射装置２０の燃料噴射時期が用いられる。
【００３６】
図８は、実施の形態１に係る自着火開始時期フィードバック制御のルーチンを示すフローチャートである。実施の形態１に係る制御装置３０のメモリには、図８に示すルーチンに対応するプログラムが記憶されている。このプログラムがプロセッサで実行されることにより、自着火開始時期フィードバック制御のための機能が制御装置３０に付与される。
【００３７】
フローチャートのステップＳ１では、内燃機関２が自着火運転中かどうか判定される。自着火運転が行われる運転領域は予め定められている。このステップでは、エンジン回転数と目標トルクとで定まる内燃機関２の動作点が、予め定められた自着火運転領域に入っているかどうかが判定される。内燃機関２が自着火運転中でない場合、これ以降の処理は全てスキップされて本ルーチンは終了する。
【００３８】
内燃機関２が自着火運転中の場合、ステップＳ２の処理が行われ、続いてステップＳ３の判定が行われる。ステップＳ２では、マップよりノック判定閾値（ＮＫｔｈ）が算出される。このマップは少なくとも目標トルク（或いは燃料噴射量）を入力に持つマップである。ステップＳ３では、ノック信号、すなわち、ノックセンサ１０の信号の大きさがノック判定閾値よりも大きいかどうか判定される。ノック信号の大きさがノック判定閾値以下であれば、ノック信号には外乱による信号の変化と区別ができる有意な変化は現れていない。この場合、これ以降の処理は全てスキップされて本ルーチンは終了する。
【００３９】
ノック信号の大きさがノック判定閾値より大きい場合、ステップＳ４からステップＳ６までの処理が行われる。ステップＳ４では、ノック信号の大きさがノック判定閾値を超えた時点がノック発生時期（ＴＮＫｓｔ）として取得される。なお、ステップＳ２からステップＳ４までの処理はノック発生時期取得ユニット４０により行われる。
【００４０】
ステップＳ５では、ステップＳ４で算出されたノック発生時期に基づいて自着火開始時期（ＮＫＴｉｇ）が算出される。自着火開始時期の計算は、例えば、以下の式を用いて行われる。この式においてαとβは図５に示す近似直線の係数である。f（Ｅｎｇｓｐｄ）は、燃焼室内の圧力変動がエンジンブロックの振動になるまでの伝達遅れを表す項であって、Ｅｎｇｓｐｄ（エンジン回転数）の関数で表される。
ＮＫＴｉｇ＝α×ＴＮＫｓｔ＋β＋f（Ｅｎｇｓｐｄ）
【００４１】
上記の式においてα，β，f（Ｅｎｇｓｐｄ）は実機を用いた実験結果に基づく適合によって決定される。ただし、自着火開始時期からノック発生時期までの遅れは、自着火開始時期からノック振幅最大時期までの遅れに比較すると微小であるので、ノック発生時期をそのまま自着火開始時期とみなしてもよい。なお、ステップＳ５の処理は自着火開始時期算出ユニット４２により行われる。
【００４２】
ステップＳ６では、マップより目標自着火開始時期（ＴＴｉｇ）が算出される。このマップは、少なくとも目標トルク或いは燃料噴射量とエンジン回転数とを入力に持つマップである。内燃機関２の運転領域には、トルクを出すことが優先される領域や、燃焼騒音を抑えることが優先される領域など、優先される性能が異なる複数の領域が存在する。自着火開始時期はそれら性能に影響することから、ステップＳ６では、運転領域に応じて目標自着火開始時期を決定することが行われる。
【００４３】
次に、ステップＳ７の判定が行われる。ステップＳ７では、ステップＳ５で算出した自着火開始時期（ＮＫＴｉｇ）と、ステップＳ６で算出した目標自着火開始時期（ＴＴｉｇ）との間の制御誤差が計算され、その制御誤差の大きさが所定の補正制御判定閾値（Ｔｉｇｔｈ）よりも大きいかどうか判定される。補正制御判定閾値は定数でもよいし、マップより算出されてもよい。自着火開始時期の影響は運転領域により変わることから、補正制御判定閾値を算出するマップは、目標トルク或いは燃料噴射量とエンジン回転数とを入力に持つことが好ましい。制御誤差の大きさが補正制御判定閾値以下である場合、残りの処理はスキップされて本ルーチンは終了する。
【００４４】
制御誤差の大きさが補正制御判定閾値を超える場合、ステップＳ８の処理が行われる。ステップＳ８では、ステップＳ７で計算された制御誤差の符号に応じて燃料の噴射時期が変更される。制御誤差が負である場合、つまり、自着火開始時期が目標自着火開始時期よりも進角している場合、噴射時期は遅角される。制御誤差が正である場合、つまり、自着火開始時期が目標自着火開始時期よりも遅角している場合、噴射時期は進角される。なお、ステップＳ６からステップＳ８までの処理はアクチュエータ操作量決定ユニット４４により行われる。
【００４５】
以上のルーチンは、内燃機関２の気筒ごとにサイクル単位で実行される。ただし、ステップＳ１からステップＳ７までの処理と、ステップＳ８の処理との間には１サイクルのずれがある。今回サイクルで実行されたステップＳ１からステップＳ７までの処理の結果は、次回サイクルで実行されるステップＳ８の処理に反映される。
【００４６】
４．実施の形態２
次に、本発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２はノック発生時期の取得方法に特徴がある。実施の形態２では、実施の形態１と同様に、ノック発生時期を取得する方法として、ノック信号の大きさをノック判定閾値と比較する方法が用いられる。ただし、実施の形態１ではマップよりノック判定閾値を算出するのに対し、実施の形態２ではこれとは異なる方法でノック判定閾値を算出する。
【００４７】
実施の形態２では、外乱による信号と自着火燃焼の振動による信号とをより正確に区別するため、外乱のレベルに応じてノック判定閾値を変更することが行われる。具体的には、実施の形態２に係る制御装置３０は、自着火燃焼が起きていないことが確実な期間におけるノック信号の標準偏差を算出する。そして、標準偏差を整数倍した値（例えば５〜１０×σ、統計的にばらつきでは超えることがない値）をノック判定閾値として設定する。自着火燃焼が起きていないことが確実な期間とは、例えば、自着火燃焼が起きる条件が整っていないことが明白な期間である。実施の形態３では、図９に示すように、ノック振幅最大時期（ＣＡＮＫＭＸ）よりも所定期間（ＣＡｔｈ）だけ進角側の時期を基準にして、その時期よりも進角側の期間を標準偏差の算出期間としている。なお、所定期間は例えば３０〜４０ｄｅｇである。また、内燃機関２が直列４気筒エンジンであるなら、標準偏差算出期間の始まりはＢＴＤＣ９０が好ましい。
【００４８】
図１０は、実施の形態２に係る自着火開始時期フィードバック制御のメインルーチンを示すフローチャートである。図１１は、メインルーチンで呼び出されるノック発生時期取得のためのサブルーチンを示すフローチャートである。実施の形態２に係る制御装置３０のメモリには、図１０に示すメインルーチンに対応するプログラムと、図１１に示すサブルーチンに対応するプログラムとが記憶されている。これらのプログラムがプロセッサで実行されることにより、自着火開始時期フィードバック制御のための機能が制御装置３０に付与される。
【００４９】
まず、図１０に示すメインルーチンのフローチャートから説明する。このフローチャートのステップＳ１１では、内燃機関２が自着火運転中かどうか判定される。その判定方法は、実施の形態１に係るフローチャートのステップＳ１で説明した通りである。内燃機関２が自着火運転中でない場合、これ以降の処理は全てスキップされて本ルーチンは終了する。
【００５０】
内燃機関２が自着火運転中の場合、ステップＳ１２からステップＳ１４までの処理が行われる。ステップＳ１２では、ノック発生時期（ＴＮＫｓｔ）を取得するためのサブルーチンが呼び出されて実行される。サブルーチンの詳細については後述する。なお、ステップＳ１２の処理はノック発生時期取得ユニット４０により行われる。
【００５１】
ステップＳ１３では、ステップＳ１２で算出されたノック発生時期に基づいて自着火開始時期（ＮＫＴｉｇ）が算出される。その算出方法は、実施の形態１に係るフローチャートのステップＳ５で説明した通りである。なお、ステップＳ１３の処理は自着火開始時期算出ユニット４２により行われる。
【００５２】
ステップＳ１４では、マップより目標自着火開始時期（ＴＴｉｇ）が算出される。マップの内容は、実施の形態１に係るフローチャートのステップＳ６で説明した通りである。
【００５３】
次に、ステップＳ１５の判定が行われる。ステップＳ１５では、ステップＳ１３で算出した自着火開始時期（ＮＫＴｉｇ）と、ステップＳ１４で算出した目標自着火開始時期（ＴＴｉｇ）との間の制御誤差が計算され、その制御誤差の大きさが補正制御判定閾値（Ｔｉｇｔｈ）よりも大きいかどうか判定される。制御誤差の大きさが補正制御判定閾値以下である場合、残りの処理はスキップされて本ルーチンは終了する。
【００５４】
制御誤差の大きさが補正制御判定閾値を超える場合、ステップＳ１６の処理が行われる。その処理の内容は、実施の形態１に係るフローチャートのステップＳ８で説明した通りである。なお、ステップＳ１４からステップＳ１６までの処理はアクチュエータ操作量決定ユニット４４により行われる。
【００５５】
以上のメインルーチンは、内燃機関２の気筒ごとにサイクル単位で実行される。ただし、ステップＳ１１からステップＳ１５までの処理と、ステップＳ１６の処理との間には１サイクルのずれがある。今回サイクルで実行されたステップＳ１１からステップＳ１５までの処理の結果は、次回サイクルで実行されるステップＳ１６の処理に反映される。
【００５６】
次に、図１１に示すサブルーチンのフローチャートについて説明する。このフローチャートのステップＳ２１では、ノックセンサ１０からノック信号が取得される。ノックセンサ１０は、基本的にはエンジンブロックに１つ取り付けられているので、ノック信号は７２０ｄｅｇを気筒数で割った間隔で取得される。例えば４気筒エンジンの場合、１８０ｄｅｇ間隔でノック信号が取得される。より詳しくは、ＢＴＤＣ９０ｄｅｇからＡＴＤＣ９０ｄｅｇまでを１セットとしてノック信号が取得される。
【００５７】
ステップＳ２２では、ステップＳ２１でノック信号が取得された期間内でノック信号の振幅が最大となる時期、すなわち、ノック振幅最大時期（ＣＡＮＫＭＸ）が算出される。
【００５８】
ステップＳ２３では、ステップＳ２２で算出したノック振幅最大時期（ＣＡＮＫＭＸ）を基準にして標準偏差算出期間が決定される。標準偏差算出期間は、例えば、ＢＴＤＣ９０から、ノック振幅最大時期（ＣＡＮＫＭＸ）よりも所定期間だけ進角側の時期（ＣＡｔｈ）までである。そして、標準偏差算出期間内のノック信号を統計処理することによって標準偏差（σ）が算出される。
【００５９】
ステップＳ２４では、標準偏差（σ）に定数（Ｋｔｈ）を乗じた値がノック判定閾値として算出される。そして、ノック信号の大きさがノック判定閾値（Ｋｔｈ×σ）よりも大きいかどうか判定される。ノック信号の大きさがノック判定閾値以下であれば、ノック信号には外乱による信号の変化と区別ができる有意な変化は現れていない。この場合、残る処理はスキップされて本サブルーチンは終了する。
【００６０】
ノック信号の大きさがノック判定閾値より大きい場合、ステップＳ２５の処理が行われる。ステップＳ２５では、ノック信号の大きさがノック判定閾値を超えた時点がノック発生時期（ＴＮＫｓｔ）として取得される。
【００６１】
以上のサブルーチンによれば、ノック信号に加わる外乱の大きさに応じて自動的にノック判定閾値が変更されるので、外乱による信号と自着火燃焼の振動による信号とを正確に区別し、高い精度でノック発生時期を取得することができる。
【００６２】
５．実施の形態３
次に、本発明の実施の形態３について説明する。実施の形態３もノック発生時期の取得方法に特徴がある。実施の形態３では、実施の形態１及び２とは異なり、ノック発生時期を取得する方法として、ノック信号の波形に基づいた方法が用いられる。
【００６３】
実施の形態３に係る方法によれば、図１２に示すように、ノック信号の絶対値をＹ軸、クランク角をＸ軸とする直交座標系において、ノック振幅最大時期（ＣＡＮＫＭＸ１）よりも進角側の期間であって、且つ、自着火燃焼が起きていることが確実な期間における極大点が複数点とられる。自着火燃焼が起きていることが確実な期間は、例えば、ノック信号の大きさから判断することができる。図１２に示す例では、ノック振幅最大時期（ＣＡＮＫＭＸ１）に対応する極大点を含めて５つの極大点がとられている。これら５つの極大点の座標（ＣＡＮＫＭＸ１，ＮＫＭＸ１）、（ＣＡＮＫＭＸ２，ＮＫＭＸ２）、（ＣＡＮＫＭＸ３，ＮＫＭＸ３）、（ＣＡＮＫＭＸ４，ＮＫＭＸ４）、（ＣＡＮＫＭＸ５，ＮＫＭＸ５）に基づき、例えば最小二乗法によって、極大点の関係を近似した近似直線を引くことができる。実施の形態３に係る制御装置３０は、近似直線とＸ軸との交点のＸ値をノック発生時期として取得する。
【００６４】
図１３は、ノック発生時期取得のためのサブルーチンを示すフローチャートである。このサブルーチンは、自着火開始時期フィードバック制御のメインルーチンで呼び出される。メインルーチンは実施の形態２と共通であって図１０に示される。実施の形態３に係る制御装置３０のメモリには、図１０に示すメインルーチンに対応するプログラムと、図１３に示すサブルーチンに対応するプログラムとが記憶されている。これらのプログラムがプロセッサで実行されることにより、自着火開始時期フィードバック制御のための機能が制御装置３０に付与される。
【００６５】
フローチャートのステップＳ３１では、ノックセンサ１０からノック信号が取得される。ノック信号の取得方法は、実施の形態２に係るフローチャートのステップＳ２１で説明した通りである。
【００６６】
ステップＳ３２では、ステップＳ３１でノック信号が取得された期間内におけるノック信号の最大振幅値（ＮＫＭＸ１）とノック振幅最大時期（ＣＡＮＫＭＸ１）とが算出される。
【００６７】
ステップＳ３３では、ノック振幅最大時期（ＣＡＮＫＭＸ１）よりも進角側の期間内において、４点の極大点のピーク振幅値（ＮＫＭＸ２〜５）及び時期（ＣＡＮＫＭＸ２〜５）が算出される。ステップＳ３２で算出された振幅最大点の最大振幅値（ＮＫＭＸ１）及び時期（ＣＡＮＫＭＸ１）と合わせて、計５点の極大点の座標情報が集まったことになる。
【００６８】
ステップＳ３４では、計５点の極大点の座標情報（ＣＡＮＫＭＸ２〜５，ＮＫＭＸ１〜５）に基づき、極大点の関係を一次関数で近似した近似直線が算出される。なお、近似直線に代えて、極大点の関係を二次関数で近似した近似曲線を用いてもよい。
【００６９】
ステップＳ３５では、ステップＳ３４で算出された近似直線或いは近似曲線とＸ軸との交点のＸ値、すなわち、近似直線或いは近似曲線においてノック信号の値をゼロとした場合のクランク角が算出される。そして、算出されたクランク角はノック発生時期として取得される。
【００７０】
このサブルーチンにより取得されたノック発生時期はメインルーチンに読み込まれ、自着火開始時期の算出に用いられる。なお、このサブルーチンはノック発生時期取得ユニット４０により実行される。
【００７１】
以上のサブルーチンによれば、有意な変化が現れる前のノック信号ではなく、有意な変化が現れた後のノック信号を用いて、ノック信号に有意な変化が現れた時期、つまり、ノック発生時期が推測される。有意な変化が現れた後のノック信号はＳ／Ｎ比が高いので、この方法によればノック発生時期の推定精度への外乱の影響を低く抑えることができ、ひいては、自着火開始時期の推定精度への外乱の影響を低く抑えることができる。
【００７２】
６．実施の形態４
次に、本発明の実施の形態４について説明する。図１４は、運転条件によるノック信号のレベルの違いを示す図である。図１４の一段目は、自着火燃焼による筒内圧力の波形を示すグラフである。二段目は、ノックセンサにより得られるノック信号の波形を示すグラフである。三段目は、筒内圧力から計算した熱発生率の波形を示すグラフである。それぞれのグラフが条件Ａ，Ｂ，Ｃごとに用意されている。条件Ａを基準条件としたとき、条件Ｂは条件Ａよりも低負荷であり、条件Ｃは条件Ａよりも燃焼タイミングが遅角されている。
【００７３】
ノック信号のレベルは燃焼速度に依存して変化する。条件Ａと条件Ｂとを比較した場合、相対的に高負荷の条件Ａでは燃焼速度が速くノック信号のレベルは高いが、相対的に低負荷の条件Ｂでは燃焼速度が低くノック信号のレベルも低くなる。また、条件Ａと条件Ｃとを比較した場合は、燃焼タイミングが相対的に進角側の条件Ａでは燃焼速度が速くノック信号のレベルは高いが、相対的に低負荷の条件Ｃでは燃焼速度が低くノック信号のレベルも低くなる。ノック信号のレベルが低くなれば、ノック信号に現れる有意な変化も相対的に不明瞭なものとなる。具体的には、条件Ａでは、ノック信号がノック判定閾値を超えるノック発生時期は明瞭であるが、条件Ｂでは、ノック信号がノック判定閾値を超えるノック発生時期は不明瞭となる。さらに、条件Ｃでは、ノック信号がノック判定閾値を超えないためにノック発生時期は得られない。
【００７４】
そこで、実施の形態４では、ノック信号の最大振幅値に基づいて自着火開始時期の算出方法が変更される。具体的には、実施の形態４に係る制御装置３０は、ノック信号の最大振幅値が所定の下限値より大きい場合は、実施の形態１−３と同様に、ノック発生時期に基づいて自着火開始時期を算出するが、ノック信号の最大振幅値が下限値以下の場合、ノック振幅最大時期に基づいて自着火開始時期を算出する。条件Ｃのような場合であっても、ノック信号の振幅は何れかの時期において最大になるからである。ノック発生時期と自着火開始時期との相関性に比較すると、ノック振幅最大時期と自着火開始時期との相関性は高くはない。しかし、ノック発生時期が不明瞭な場合に限り、ノック振幅最大時期を用いることにすれば、自着火開始時期フィードバック制御を実施することができる運転領域を広げることが可能になる。
【００７５】
図１５は、実施の形態４に係る自着火開始時期フィードバック制御のメインルーチンを示すフローチャートである。メインルーチンでは、ノック発生時期取得のためのサブルーチンが呼び出される。サブルーチンは実施の形態２或いは３と共通であって図１１或いは図１３に示される。実施の形態４に係る制御装置３０のメモリには、図１５に示すメインルーチンに対応するプログラムと、図１１或いは図１３に示すサブルーチンに対応するプログラムとが記憶されている。これらのプログラムがプロセッサで実行されることにより、自着火開始時期フィードバック制御のための機能が制御装置３０に付与される。
【００７６】
フローチャートのステップＳ４１では、内燃機関２が自着火運転中かどうか判定される。その判定方法は、実施の形態１に係るフローチャートのステップＳ１で説明した通りである。内燃機関２が自着火運転中でない場合、これ以降の処理は全てスキップされて本ルーチンは終了する。
【００７７】
内燃機関２が自着火運転中の場合、ステップＳ４２からステップＳ４４までの処理が行われる。ステップＳ４２では、ノックセンサ１０からノック信号が取得される。ノック信号の取得方法は、実施の形態２に係るフローチャートのステップＳ２１で説明した通りである。
【００７８】
ステップＳ４３では、ステップＳ４２でノック信号が取得された期間内におけるノック信号の最大振幅値（ＮＫＭＸ）とノック振幅最大時期（ＣＡＮＫＭＸ）とが算出される。
【００７９】
ステップＳ４４では、ステップＳ４３で算出したノック振幅最大時期（ＣＡＮＫＭＸ）を基準にして標準偏差算出期間が決定される。そして、標準偏差算出期間内のノック信号を統計処理することによって標準偏差（σ）が算出される。
【００８０】
次に、ステップＳ４５の判定が行われる。ステップＳ４５では、標準偏差（σ）に定数（ＮＫｔｈ）を乗じた値が下限値として算出される。そして、ノック信号の大きさが下限値（ＮＫｔｈ×σ）よりも大きいかどうか判定される。ここで用いられる定数（ＮＫｔｈ）は、ノック判定閾値の計算に用いられる定数（Ｋｔｈ）よりも大きい。
【００８１】
ノック信号の大きさが下限値より大きい場合、ステップＳ４６及びＳ４７の処理が行われる。ステップＳ４６では、ノック発生時期（ＴＮＫｓｔ）を取得するためのサブルーチンが呼び出されて実行される。なお、ステップＳ４６の処理はノック発生時期取得ユニット４０により行われる。
【００８２】
ステップＳ４７では、ステップＳ４６で算出されたノック発生時期（ＴＮＫｓｔ）に基づいて自着火開始時期（ＮＫＴｉｇ）が算出される。その算出方法は、実施の形態１に係るフローチャートのステップＳ５で説明した通りである。
【００８３】
一方、ノック信号の大きさが下限値以下の場合、ステップＳ４８の処理が行われる。ステップＳ４８では、ステップＳ４３で算出されたノック振幅最大時期（ＣＡＮＫＭＸ）に基づいて自着火開始時期（ＮＫＴｉｇ）が算出される。自着火開始時期の計算は、例えば、以下の式を用いて行われる。この式においてα１とβ１は定数であり、実機を用いた実験結果に基づく適合によって決定される。なお、ステップＳ４２からＳ４５までの処理とステップＳ４７及びＳ４８の処理は自着火開始時期算出ユニット４２により行われる。
ＮＫＴｉｇ＝α１×ＣＡＮＫＭＸ＋β１＋f（Ｅｎｇｓｐｄ）
【００８４】
ステップＳ４９では、マップより目標自着火開始時期（ＴＴｉｇ）が算出される。マップの内容は、実施の形態１に係るフローチャートのステップＳ６で説明した通りである。
【００８５】
次に、ステップＳ５０の判定が行われる。ステップＳ５０では、ステップＳ４７或いはＳ４８で算出した自着火開始時期（ＮＫＴｉｇ）と、ステップＳ４９で算出した目標自着火開始時期（ＴＴｉｇ）との間の制御誤差が計算され、その制御誤差の大きさが補正制御判定閾値（Ｔｉｇｔｈ）よりも大きいかどうか判定される。制御誤差の大きさが補正制御判定閾値以下である場合、残りの処理はスキップされて本ルーチンは終了する。
【００８６】
制御誤差の大きさが補正制御判定閾値を超える場合、ステップＳ５１の処理が行われる。その処理の内容は、実施の形態１に係るフローチャートのステップＳ８で説明した通りである。なお、ステップＳ４９からステップＳ５１までの処理はアクチュエータ操作量決定ユニット４４により行われる。
【００８７】
以上のメインルーチンは、内燃機関２の気筒ごとにサイクル単位で実行される。ただし、ステップＳ４１からステップＳ５０までの処理と、ステップＳ５１の処理との間には１サイクルのずれがある。今回サイクルで実行されたステップＳ４１からステップＳ５０までの処理の結果は、次回サイクルで実行されるステップＳ５１の処理に反映される。
【００８８】
７．実施の形態５
次に、本発明の実施の形態５について説明する。図１６は、本出願に係る発明者が行った実機を用いた実験の結果から得られた、ノック信号の最大振幅と自着火時期の算出値の真値に対する誤差との関係を示すグラフである。このグラフに示すように、ノック信号の最大振幅値（ＮＫＭＸ）がある下限値よりも低くなると自着火開始時期の算出値は真値よりも遅角側にずれ、その誤差（ＮＫＴｉｇ誤差）はノック信号の最大振幅値（ＮＫＭＸ）が低くなるほど大きくなることが判明した。
【００８９】
そこで、実施の形態５では、ノック信号の最大振幅値に基づいて自着火開始時期が補正される。具体的には、実施の形態５に係る制御装置３０は、ノック信号の最大振幅値が所定の下限値より大きい場合は、実施の形態１−３と同様に、ノック発生時期に基づいて自着火開始時期を算出するが、ノック信号の最大振幅値が下限値以下の場合は、ノック発生時期に基づいて算出した自着火開始時期を進角側に補正し、ノック信号の最大振幅値が小さいほど自着火開始時期の算出値の進角側への補正量を大きくする。このような補正を行うことで、自着火開始時期の算出値と真値との誤差が減り、自着火開始時期フィードバック制御の精度が高められる。
【００９０】
図１７は、実施の形態５に係る自着火開始時期フィードバック制御のメインルーチンを示すフローチャートである。メインルーチンでは、ノック発生時期取得のためのサブルーチンが呼び出される。サブルーチンは実施の形態２或いは３と共通であって図１１或いは図１３に示される。実施の形態５に係る制御装置３０のメモリには、図１７に示すメインルーチンに対応するプログラムと、図１１或いは図１３に示すサブルーチンに対応するプログラムとが記憶されている。これらのプログラムがプロセッサで実行されることにより、自着火開始時期フィードバック制御のための機能が制御装置３０に付与される。
【００９１】
フローチャートのステップＳ６１では、内燃機関２が自着火運転中かどうか判定される。その判定方法は、実施の形態１に係るフローチャートのステップＳ１で説明した通りである。内燃機関２が自着火運転中でない場合、これ以降の処理は全てスキップされて本ルーチンは終了する。
【００９２】
内燃機関２が自着火運転中の場合、ステップＳ６２からステップＳ６５までの処理が行われる。ステップＳ６２では、ノック発生時期（ＴＮＫｓｔ）を取得するためのサブルーチンが呼び出されて実行される。なお、ステップＳ６２の処理はノック発生時期取得ユニット４０により行われる。
【００９３】
ステップＳ６３では、ステップＳ６２で算出されたノック発生時期に基づいて自着火開始時期（ＮＫＴｉｇ）が算出される。その算出方法は、実施の形態１に係るフローチャートのステップＳ５で説明した通りである。
【００９４】
ステップＳ６４では、標準偏差算出期間内のノック信号を統計処理することによって標準偏差（σ）が算出される。標準偏差算出期間の算出方法は、実施の形態２に係るフローチャートのステップＳ２３で説明した通りである。
【００９５】
ステップＳ６５では、ノック信号の最大振幅値（ＮＫＭＸ）が算出される。
【００９６】
次に、ステップＳ６６の判定が行われる。ステップＳ６６では、標準偏差（σ）に定数（ＮＫｔｈ２）を乗じた値が下限値として算出される。そして、ノック信号の大きさが下限値（ＮＫｔｈ２×σ）よりも大きいかどうか判定される。ここで用いられる定数（ＮＫｔｈ２）は、ノック判定閾値の計算に用いられる定数（Ｋｔｈ）よりも大きい。
【００９７】
ノック信号の大きさが下限値以下の場合、ステップＳ６７の処理が行われる。ステップＳ６７では、図１６に示すノック信号の最大振幅値（ＮＫＭＸ）と自着火開始時期の誤差（ＮＫＴｉｇ誤差）との関係に基づいて、ステップＳ６３で算出された自着火開始時期（ＮＫＴｉｇ）が補正される。ノック信号の最大振幅値が下限値よりも小さいほど、自着火開始時期の進角側への補正量は大きくされる。なお、ステップＳ６３からステップＳ６７までの処理は自着火開始時期算出ユニット４２により行われる。
【００９８】
ステップＳ６８では、マップより目標自着火開始時期（ＴＴｉｇ）が算出される。マップの内容は、実施の形態１に係るフローチャートのステップＳ６で説明した通りである。
【００９９】
次に、ステップＳ６９の判定が行われる。ステップＳ６９では、ステップＳ６８で算出された自着火開始時期（ＮＫＴｉｇ）或いはステップＳ６７で補正された自着火開始時期（ＮＫＴｉｇ）と、ステップＳ６８で算出された目標自着火開始時期（ＴＴｉｇ）との間の制御誤差が計算され、その制御誤差の大きさが補正制御判定閾値（Ｔｉｇｔｈ）よりも大きいかどうか判定される。制御誤差の大きさが補正制御判定閾値以下である場合、残りの処理はスキップされて本ルーチンは終了する。
【０１００】
制御誤差の大きさが補正制御判定閾値を超える場合、ステップＳ７０の処理が行われる。その処理の内容は、実施の形態１に係るフローチャートのステップＳ８で説明した通りである。なお、ステップＳ６８からステップＳ７０までの処理はアクチュエータ操作量決定ユニット４４により行われる。
【０１０１】
以上のメインルーチンは、内燃機関２の気筒ごとにサイクル単位で実行される。ただし、ステップＳ６１からステップＳ６９までの処理と、ステップＳ７０の処理との間には１サイクルのずれがある。今回サイクルで実行されたステップＳ６１からステップＳ６９までの処理の結果は、次回サイクルで実行されるステップＳ７０の処理に反映される。
【０１０２】
８．その他実施の形態
実施の形態３において、近似直線或いは近似曲線を近似するための極大点の点数が少ない場合には、近似直線或いは近似曲線から精度の高いノック発生時期を取得することは難しくなる。ゆえに、ノック信号のレベルが低いために所定点数（例えば、３〜５点）の極大点をとることができなかった場合には、ノック信号の最大振幅値に基づいて自着火開始時期の算出方法を変更してもよい。具体的には、取得できた極大点の点数が所定点数以上の場合は、実施の形態３の方法で取得したノック発生時期に基づいて自着火開始時期を算出するが、取得できた極大点の点数が所定点数より少ない場合、ノック振幅最大時期に基づいて自着火開始時期を算出してもよい。
【０１０３】
また、上述の実施の形態では、アクチュエータ操作量決定ユニット４４は、自着火発生時期フィードバック制御のためのアクチュエータ操作量である燃料噴射時期を決定しているが、アクチュエータ操作量決定ユニット４４は、自着火発生時期を入力とするフィードフォワード制御のアクチュエータ操作量を決定してもよい。
【符号の説明】
【０１０４】
２  内燃機関
１０  ノックセンサ
２０  燃料噴射装置
３０  制御装置
【図１】
2018178745.tif 000003
【図２】
2018178745.tif 000004
【図３】
2018178745.tif 000005
【図４】
2018178745.tif 000006
【図５】
2018178745.tif 000007
【図６】
2018178745.tif 000008
【図７】
2018178745.tif 000009
【図８】
2018178745.tif 000010
【図９】
2018178745.tif 000011
【図１０】
2018178745.tif 000012
【図１１】
2018178745.tif 000013
【図１２】
2018178745.tif 000014
【図１３】
2018178745.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2018178745.tif 000018
【図１７】
2018178745.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成30年2月28日(2018.2.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
予混合気を自着火燃焼させる内燃機関における正規の自着火燃焼は、火花点火エンジンにおける火炎伝播と比べて燃焼が急峻である。この急峻な燃焼の開始時期に生じる圧力波が振動としてノックセンサに伝わったとき、ノックセンサの信号の有意な変化として検出される。ノックセンサの信号の有意な変化とは、外乱による信号の変化と区別ができる変化である。予混合気を自着火燃焼させる内燃機関の場合、火花点火エンジンとは異なり非正規な自着火燃焼は起こりづらい。つまり、外乱による信号の変化と区別できる信号の変化が現れたとき、それは自着火燃焼の開始時期に生じた振動による変化である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
実施の形態２では、外乱による信号と自着火燃焼の振動による信号とをより正確に区別するため、外乱のレベルに応じてノック判定閾値を変更することが行われる。具体的には、実施の形態２に係る制御装置３０は、自着火燃焼が起きていないことが確実な期間におけるノック信号の標準偏差を算出する。そして、標準偏差を整数倍した値（例えば５〜１０×σ、統計的にばらつきでは超えることがない値）をノック判定閾値として設定する。自着火燃焼が起きていないことが確実な期間とは、例えば、自着火燃焼が起きる条件が整っていないことが明白な期間である。実施の形態２では、図９に示すように、ノック振幅最大時期（ＣＡＮＫＭＸ）よりも所定期間（ＣＡｔｈ）だけ進角側の時期を基準にして、その時期よりも進角側の期間を標準偏差の算出期間としている。なお、所定期間は例えば３０〜４０ｄｅｇである。また、内燃機関２が直列４気筒エンジンであるなら、標準偏差算出期間の始まりはＢＴＤＣ９０が好ましい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６８】
ステップＳ３４では、計５点の極大点の座標情報（ＣＡＮＫＭＸ１〜５，ＮＫＭＸ１〜５）に基づき、極大点の関係を一次関数で近似した近似直線が算出される。なお、近似直線に代えて、極大点の関係を二次関数で近似した近似曲線を用いてもよい。