(57)【要約】      （修正有）【課題】強いノックを効果的に抑制し、エンジンの信頼性を向上させる。【解決手段】ガソリン燃料の混合気を燃焼させるエンジンにおいて、所定強度以上のノック（強ノック）の発生を予測する方法である。燃焼初期に燃焼室の中の圧力（筒内圧）を検出する。燃焼が進行する過程で、筒内圧を予め設定されている基準値ＳＶと比較し、筒内圧が基準値ＳＶを超えているか否かを判別する。筒内圧が基準値ＳＶを超えていた場合に、燃焼が終了するまでの期間中に強ノックが発生すると予測する。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガソリンを含有する燃料を供給することによって燃焼室に形成される混合気を燃焼させるエンジンにおいて、所定強度以上のノックの発生を予測する方法であって、
燃焼が始まった燃焼初期の期間内に、前記燃焼室の中の圧力を検出又は推定するノック情報取得ステップと、
前記燃焼が進行する過程で、前記圧力を予め設定されている基準値と比較し、前記圧力が前記基準値を超えているか否かを判別するノック強度判別ステップと、
を含み、
前記圧力が前記基準値を超えていた場合に、前記燃焼が終了するまでの期間中に前記ノックが発生すると予測する方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
前記ノック強度判別ステップは、クランク角で上死点前１５°から上死点後２５°までの期間内に行われる方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の方法において、
前記ノック強度判別ステップは、前記燃焼における質量燃焼割合が５％から２０％までの期間内に行われる方法。
【請求項４】
ガソリンを含有する燃料を供給することによって燃焼室に形成される混合気を燃焼させるエンジンにおいて、所定強度以上のノックを抑制する方法であって、
燃焼が始まった燃焼初期の期間内に、前記燃焼室の中の圧力を検出又は推定するノック情報取得ステップと、
前記燃焼が進行する過程で、前記圧力を予め設定されている基準値と比較し、前記圧力が前記基準値を超えているか否かを判別するノック強度判別ステップと、
前記圧力が前記基準値を超えていた場合に、前記燃焼が終了する前に前記燃焼室の中に流体を噴射するノック抑制ステップと、
を含む方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法において、
前記エンジンは、前記燃焼室の中に前記燃料を噴射するインジェクタを有し、
前記ノック抑制ステップにおける前記流体に、前記インジェクタから追加で噴射する前記燃料を用いる方法。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載の方法において、
前記ノック抑制ステップにおける前記流体の噴射は、前記燃焼における質量燃焼割合が５０％までの期間内に行われる方法。
【請求項７】
昇降するピストンによって容積が変化するように気筒内に区画された燃焼室と、
ガソリンを含有する燃料を前記燃焼室に供給する燃料供給装置と、
ノックの発生を予測するノック発生予測手段を有する制御装置と、
を備え、
前記ノック発生予測手段は、
前記燃焼室の中の圧力を検出又は推定するノック情報取得部と、
所定強度以上の強ノックを判別するための基準となる基準値が設定されているノック強度判別部と、
を含み、
前記ノック情報取得部は、燃焼が始まった燃焼初期の期間内に、前記圧力を検出又は推定し、
前記ノック強度判別部は、前記燃焼が進行する過程で、前記圧力を前記基準値と比較して、前記圧力が前記基準値を超えているか否かを判別し、
前記圧力が前記基準値を超えていた場合に、前記制御装置が、前記燃焼が終了するまでの期間中に前記強ノックが発生すると予測するエンジン。
【請求項８】
請求項７に記載のエンジンにおいて、
前記ノック強度判別部による判別が、クランク角で上死点前１５°から上死点後２５°までの期間内に行われるエンジン。
【請求項９】
請求項７又は請求項８に記載のエンジンにおいて、
前記ノック強度判別部による判別が、前記燃焼における質量燃焼割合が５％から２０％までの期間内に行われるエンジン。
【請求項１０】
請求項７〜請求項９のいずれか１つに記載のエンジンにおいて、
前記燃料供給装置は、前記燃焼室の中に前記燃料を噴射するインジェクタを含み、
前記圧力が前記基準値を超えていた場合に、前記燃焼が終了する前に、前記インジェクタが燃料を追加して噴射するエンジン。
【請求項１１】
請求項１０に記載のエンジンにおいて、
前記インジェクタによる燃料の追加噴射は、前記燃焼における質量燃焼割合が５０％までの期間内に行われるエンジン。
【請求項１２】
請求項７〜１１のいずれか１つに記載のエンジンにおいて、
幾何学的圧縮比が１４以上であるエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示する技術は、エンジンで所定強度以上の強いノック（ノッキングともいう）が発生することを予測するとともに、その予測に基づいて強いノックを抑制する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ノックは、エンジンの運転時に異音を発する現象であり、特に火花点火式のエンジンにおいて問題視されている。ノックの発生は、利用者の快適性やエンジンの信頼性に悪影響を与える。そのため、ノックの抑制は、この種の技術分野において重要な課題となっており、これまでも様々な対策が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ノックを検出するノッキングセンサを備えたエンジンが開示されている。このエンジンのＥＣＵは、ノックセンサで検出される信号に基づいてノックの有無を判定する。ノックが有ると判定された場合、ＥＣＵは、点火時期を遅角させ、エンジンの負荷に応じて、遅角量と共に燃料の減少量を制御する。それにより、ノックが発生した時に、排気ガスの温度上昇を抑制しながらノックを抑制している。
【０００４】
特許文献２には、第１及び第２の直噴型の燃料噴射弁、並びに、これら燃料噴射弁の各々に対応した第１及び第２の点火プラグを備えたエンジンが開示されている。このエンジンでは、運転状態に応じた量の燃料が、圧縮上死点の前と後に分けて噴射される。
【０００５】
詳しくは、圧縮上死点前は、空燃比がリーンに設定されて第１燃料噴射弁から燃料が噴射され、第１点火プラグによる点火で燃焼される。圧縮上死点後は、空燃比がリッチに設定されて第２燃料噴射弁から燃料が噴射され、第２点火プラグによる点火で燃焼される。そうすることで、熱効率を向上しながらノックの発生を抑制し、エンジンの高圧縮比が実現できるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２９１７５８号公報
【特許文献２】特開２０１２−４１８４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
頻度は非常に少ないが（例えば０．１％程度）、特にエンジンが高回転で運転しているような場合に、圧力変動の振幅が１００ｂａｒを超えるような、強いノック（強ノックともいう）が発生する。このような強ノックは、エンジンにダメージを与える可能性が高いため、エンジンの信頼性を低下させる原因となる。強ノックはまた、圧縮比の高いエンジンで発生し易いことから、燃費向上を妨げる要因ともなっている。
【０００８】
特許文献１のように、点火時期を遅角させることはノックの抑制には有効である。しかし、実質的な圧縮比が低下するため、燃費向上の観点からは不利がある。ノックの発生を検知した後に点火時期を遅角させるので、発生頻度の少ない突発的な強ノックの抑制には適していない。
【０００９】
また、特許文献２のエンジンは、１回の燃焼サイクルの過程で燃焼を２度行う必要があるため、部材点数が多く構造が複雑になる。燃焼条件も制約される。そして、２度の点火による燃焼は、燃焼時間が短いエンジンの高回転時に安定して行うことは難しい。そのため、特許文献２のエンジンは、強ノックの抑制には適していない。
【００１０】
そこで開示する技術の目的は、強いノックを効果的に抑制し、エンジンの信頼性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
開示する技術の１つは、ガソリンを含有する燃料を供給することによって燃焼室に形成される混合気を燃焼させるエンジンにおいて、所定強度以上のノックの発生を予測する方法に関する。
【００１２】
その方法は、燃焼が始まった燃焼初期の期間内に、前記燃焼室の中の圧力を検出又は推定するノック情報取得ステップと、前記燃焼が進行する過程で、前記圧力を予め設定されている基準値と比較し、前記圧力が前記基準値を超えているか否かを判別するノック強度判別ステップと、を含み、前記圧力が前記基準値を超えていた場合に、前記燃焼が終了するまでの期間中に前記ノックが発生すると予測する。
【００１３】
すなわち、この方法は、本発明者らが、燃焼初期の筒内圧から、所定強度以上のノックの発生が予測可能であることを見出した結果、得られたものである。この方法では、強ノックの発生を予測する一連の処理が、同じ燃焼サイクルにおける１回の燃焼期間中に行われる。従って、発生頻度が少なく、突発的な強ノックであっても、安定的かつ効率的に予測することができる。
【００１４】
前記ノック強度判別ステップは、クランク角で上死点前１５°から上死点後２５°までの期間内に行われる、としてもよい。
【００１５】
強ノックは、エンジンが高負荷かつ高回転の運転領域で運転しているときに発生し易い傾向がある。このような運転領域での燃焼条件では、強ノックの判別に適した燃焼初期の期間が、クランク角で上死点前１５°から上死点後２５°までの期間内にある場合が多い。従って、この期間内にノック強度判別ステップを行うことで、効率的で安定した強ノックの予測が可能になる。
【００１６】
前記ノック強度判別ステップは、前記燃焼における質量燃焼割合が５％から２０％までの期間内に行われる、としてもよい。なお、質量燃焼割合（ＢＭＦ）は、燃焼の進行程度を示す指標であり、概略、全燃料質量に対する燃焼した燃料質量の割合（％）に相当する。
【００１７】
燃焼期間は、点火タイミング等、その時の燃焼条件によって変化し、最適な判別タイミングもそれに伴って変化する。従って、判別タイミングをクランク角に基づいて設定すると、判別タイミングが、最適なタイミングからずれる場合がある。それに対し、判別タイミングを質量燃焼割合に基づいて設定すれば、燃焼条件が変化しても最適なタイミングを維持できる。
【００１８】
更に、質量燃焼割合が５％から２０％までの期間にノック強度判別ステップを行えば、強ノックが発生するタイミングの前に、強ノックを抑制する処理を実行するための期間が確保できる。従って、強ノックが抑制でき、エンジンの信頼性を向上できる。
【００１９】
開示する技術の別の１つは、ガソリンを含有する燃料を供給することによって燃焼室に形成される混合気を燃焼させるエンジンにおいて、所定強度以上のノックを抑制する方法に関する。
【００２０】
その方法は、前述したノック情報取得ステップ及びノック強度判別ステップに加え、前記圧力が前記基準値を超えていた場合に、前記燃焼が終了する前に前記燃焼室の中に流体を噴射するノック抑制ステップを含む。
【００２１】
すなわち、この方法では、強ノックの発生が予測された場合に、燃焼が終了する前に燃焼室の中に流体を噴射する処理を実行する。燃焼室の中に流体が噴射されると、燃焼が進行している混合気が撹拌される。燃焼の過程で混合気が撹拌されると、混合気全体の温度が均質化される。その結果、未燃混合気の局所的な温度の上昇が抑制されるので、強ノックを抑制することができる。
【００２２】
前記エンジンは、前記燃焼室の中に前記燃料を噴射するインジェクタを有し、前記ノック抑制ステップにおける前記流体に、前記インジェクタから追加で噴射する前記燃料を用いる、としてもよい。
【００２３】
そうすれば、既設のインジェクタ及び燃料を利用して混合気を撹拌できる。従って、複雑な改良や装置の増設が不要であり、強ノックの抑制が容易に実現できる。燃料の気化による冷却作用が得られる利点もある。
【００２４】
前記ノック抑制ステップにおける前記流体の噴射は、前記燃焼における質量燃焼割合が５０％までの期間内に行われる、としてもよい。
【００２５】
これまで行った実験において、最も早く強ノックの発生が認められたのが、質量燃焼割合５０％のタイミングであった。従って、それ以前に流体を噴射することで、強ノックの大部分を抑制することができる。
【００２６】
開示する技術のまた別の１つは、前述したノックの予測方法を実現するエンジンに関する。
【００２７】
そのエンジンは、昇降するピストンによって容積が変化するように気筒内に区画された燃焼室と、ガソリンを含有する燃料を前記燃焼室に供給する燃料供給装置と、ノックの発生を予測するノック発生予測手段を有する制御装置と、を備える。前記ノック発生予測手段は、前記燃焼室の中の圧力を検出又は推定するノック情報取得部と、所定強度以上の強ノックを判別するための基準となる基準値が設定されているノック強度判別部と、を含む。前記ノック情報取得部は、燃焼が始まった燃焼初期の期間内に、前記圧力を検出又は推定する。前記ノック強度判別部は、前記燃焼が進行する過程で、前記圧力を前記基準値と比較して、前記圧力が前記基準値を超えているか否かを判別する。そして、前記圧力が前記基準値を超えていた場合に、前記制御装置が、前記燃焼が終了するまでの期間中に前記強ノックが発生すると予測する。
【００２８】
このエンジンによれば、発生頻度が少なく、突発的な強ノックを、安定的かつ効率的に予測することができる。
【００２９】
前述した方法と同様に、前記ノック強度判別部による判別は、ランク角で上死点前１５°から上死点後２５°までの期間内に行われるとしてもよく、前記燃焼における質量燃焼割合が５％から２０％までの期間内に行われるとしてもよい。
【００３０】
前記燃料供給装置が、前記燃焼室の中に前記燃料を噴射するインジェクタを含む場合は、前記圧力が前記基準値を超えていた場合に、前記燃焼が終了する前に、前記インジェクタが燃料を追加して噴射する、としてもよい。
【００３１】
そうすれば、複雑な改良や装置の増設を要することなく、強いノックを効果的に抑制し、エンジンの信頼性を向上させることができる。
【００３２】
前述した方法と同様に、前記インジェクタによる燃料の追加噴射は、前記燃焼における質量燃焼割合が５０％までの期間内に行われる、としてもよい。
【００３３】
前記エンジンは、幾何学的圧縮比が１４以上であるとしてもよい。強ノックは、圧縮比が高い場合に発生し易いため、幾何学的圧縮比が１４以上のエンジンにこの技術を適用すれば、より効果的である。
【発明の効果】
【００３４】
開示する技術によれば、強いノックを効果的に抑制することができ、エンジンの信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施形態のエンジンの構成を示す概略図である。
【図２】制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】エンジンの制御に用いられる運転領域マップの一例である。
【図４】主な運転領域での燃焼状態を説明する図である。
【図５】強ノックの予測処理及び抑制処理の主な流れを示すフロー図である。
【図６】ノック強度を説明するための図である。
【図７】複数の燃焼サイクルでの、燃焼時の筒内圧変化とクランク角度との関係を表したグラフである。
【図８】図７に示した各燃焼での、質量燃焼割合とクランク角度との関係を表したグラフである。
【図９】強ノックの予測及び抑制の制御の流れの一例を表したフローチャートである。
【図１０】強ノックの予測及び抑制の制御が行われた時の燃焼状態を説明するための図である。
【図１１】強ノックの予測及び抑制の制御の検証試験結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ただし、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物あるいはその用途を制限するものではない。
【００３７】
＜エンジンの構成＞
図１に、開示する技術を適用したエンジン１を示す。このエンジン１は、自動車に搭載される。自動車は、エンジン１が運転することによって走行する。エンジン１は、ガソリンを含有する燃料で運転する。エンジン１の燃料は、純正のガソリンでも、バイオエタノール等を含むガソリンでもよい。すなわち、このエンジン１の燃料は、少なくともガソリンを含む液体燃料であれば、どのような燃料であってもよい。
【００３８】
このエンジン１は、ＳＩ（Spark Ignition）燃焼とＣＩ（Compression Ignition）燃焼とを組み合わせた形態の燃焼を行う（ＳＰＣＣＩ燃焼ともいう）。すなわち、ＳＩ燃焼は、混合気を強制的に点火することで開始する燃焼である。ＣＩ燃焼は、混合気が自己着火することで開始する燃焼である。ＳＰＣＣＩ燃焼では、点火された混合気が火炎伝播によって燃焼し、その燃焼の発熱と圧力上昇とにより、未燃混合気が自己着火によって燃焼する。
【００３９】
ＳＩ燃焼の発熱量を調整することで、圧縮開始前の温度のばらつきが吸収できる。従って、圧縮開始前の温度に応じてＳＩ燃焼の開始タイミングを制御すれば、ＣＩ燃焼を制御できる。ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを有機的に制御する燃焼形態である。
【００４０】
エンジン１は、シリンダブロック１２と、その上に載置されるシリンダヘッド１３とで構成されたエンジン本体１０を備える。シリンダブロック１２の内部には、複数のシリンダ１１（気筒）が形成されている（図１では、１つのシリンダ１１のみを示す）。エンジン本体１０は、更に、ピストン３、インジェクタ６、点火プラグ２５、吸気弁２１、排気弁２２なども備える。
【００４１】
各シリンダ１１内には、ピストン３が昇降するように嵌め入れられている。ピストン３は、コネクティングロッド１４を介してクランクシャフト１５に連結されている。ピストン３は、シリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３と共に、容積が変化する燃焼室１７を区画している。なお、「燃焼室１７」は、ピストン３の位置に関わらず、エンジン本体１０の内部に形成される燃焼空間を意味する。
【００４２】
燃焼室１７の天井面は、いわゆるペントルーフ形状である。燃焼室１７の床面、つまりピストン３の上面にはキャビティ（凹部）が形成されている。キャビティは、ピストン３が圧縮上死点付近に位置するときに、インジェクタ６に向かい合う。燃焼室１７の形状は、エンジン１の仕様に応じて変更できる。例えばキャビティの形状、ピストン３の上面の形状、及び、燃焼室１７の天井面の形状等は、適宜変更することが可能である。
【００４３】
エンジン１の幾何学的圧縮比は、１４以上３０以下、好ましくは１４以上１８以下に設定されている。ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼による発熱と圧力上昇とを利用して、ＣＩ燃焼を制御する。従って、このエンジン１では、混合気を自着火させるために、ピストン３が圧縮上死点に至った時の燃焼室１７の温度（圧縮端温度）を高くする必要はない。
【００４４】
つまり、このエンジン１の幾何学的圧縮比は、ＳＩ燃焼のみを行う通常の火花点火式エンジンより高く、ＣＩ燃焼のみを行う場合よりも低くなっている。幾何学的圧縮比が高いことは、熱効率の増加に有利であり、幾何学的圧縮比が低いことは、冷却損失及び機械損失の低減に有利である。エンジン１の幾何学的圧縮比は、燃料の仕様に応じて設定してもよい。例えば、レギュラー仕様（燃料のオクタン価が９１程度）の場合、１４以上１７以下としてもよく、ハイオク仕様（燃料のオクタン価が９６程度）の場合、１５〜１８としてもよい。
【００４５】
シリンダヘッド１３には、シリンダ１１毎に、燃焼室１７に連通する２つの吸気ポート１８が形成されている。吸気弁２１は、各吸気ポート１８に設置されていて、燃焼室１７と吸気ポート１８との間を開閉する。吸気弁２１は可変動弁機構によって開閉され、その開閉時期及び／又は開閉量は変更可能となっている。
【００４６】
シリンダヘッド１３にはまた、シリンダ１１毎に、燃焼室１７に連通する２つの排気ポート１９が形成されている。排気弁２２は、各排気ポート１９に設置されていて、燃焼室１７と排気ポート１９との間を開閉する。排気弁２２は可変動弁機構によって開閉され、その開閉時期及び／又は開閉量は変更可能となっている。
【００４７】
インジェクタ６は、シリンダ１１毎に、シリンダヘッド１３に設置されている。インジェクタ６は、燃焼室１７の天井面の略中央部から燃焼室１７の中に燃料を直接噴射するよう構成されている。インジェクタ６の噴射中心は、キャビティと対向している。インジェクタ６は、周方向に等間隔で配置された複数の噴孔を有しており、これら噴孔から噴射される燃料の噴霧は、燃焼室１７の上部から斜め下方に向かって放射状に拡散する。インジェクタ６は、ソレノイドやピエゾ素子の駆動によって開閉するノズルを有している。それにより、ノズルの開閉は制御信号に高速で応答し、例えば１ｍｓ以下の高速噴射が可能に構成されている。
【００４８】
インジェクタ６は、燃料供給装置６１に接続されている。燃料供給装置６１は、インジェクタ６を含めて、燃料タンク６３、燃料供給路６２、燃料ポンプ６５、コモンレール６４などで構成されている。燃料ポンプ６５により、燃料タンク６３に収容されている燃料が、燃料供給路６２を通じてコモンレール６４に圧送される。燃料は、３０ＭＰａ以上の高圧でコモンレール６４に蓄えられる。コモンレール６４は燃料供給路６２を通じてインジェクタ６と接続されており、インジェクタ６が開弁することで、３０ＭＰａ以上の高圧で燃料が燃焼室１７の中に噴射される。このエンジン１では、６０ＭＰａに燃料の噴射圧が設定されている。
【００４９】
点火プラグ２５は、シリンダ１１毎に、シリンダヘッド１３に設置されている。点火プラグ２５は、燃焼室１７に形成される混合気を強制的に点火する。点火プラグ２５は、その先端に電極を有し、その電極が２つの吸気ポート１８，１８の間から燃焼室１７の上部に臨むように配置されている。
【００５０】
エンジン本体１０の一側面には、各シリンダ１１の吸気ポート１８に連通する吸気通路４０が接続されている。吸気通路４０には、エアクリーナー４１、サージタンク４２、スロットル弁４３、過給機４４、インタークーラー４６などが設置されている。吸気通路４０を通じて燃焼室１７にガスが導入される。
【００５１】
スロットル弁４３は、燃焼室１７の中へ導入する新気の量を変更する。過給機４４は、エンジン１によって駆動され、燃焼室１７に導入するガスを過給する。過給機４４は、ガスを過給する状態（オン）と、ガスを過給しない状態（オフ）とに切り替え制御される。インタークーラー４６は、過給機４４で圧縮されたガスを冷却する。
【００５２】
吸気通路４０には、過給機４４及びインタークーラー４６をバイパスするバイパス通路４７が接続されている。バイパス通路４７には、ガスの流量を変更するエアバイパス弁４８が配設されている。過給機４４をオフにしてエアバイパス弁４８を全開にすることで、ガスは、バイパス通路４７を通じて燃焼室１７に導入される。その場合、エンジン１は非過給（自然吸気）の状態で運転する。エンジン１を過給状態で運転する場合は、過給機４４をオンにして、エアバイパス弁４８の開度を変更する。そうすることで、過給圧を変更しながら燃焼室１７に過給したガスを導入することができる。
【００５３】
吸気ポート１８の一方には、燃焼室１７の中にスワール流を形成し、その強さを変更するスワールコントロール弁５６が設置されている。その開度が小さいとスワール流が強くなり、その開度が大きいとスワール流が弱くなる。このエンジン１では、特に、安定したＳＰＣＣＩ燃焼を実現するために、スワール比は１．５〜３（スワールコントロール弁５６の開度であれば、２５％〜４０％）となる範囲で調整される。
【００５４】
エンジン本体１０の他側面には、各シリンダ１１の排気ポート１９に連通する排気通路５０が接続されている。排気通路５０には、２つの触媒コンバーター５７，５８が設置されている。上流の触媒コンバーター５７は、エンジンルーム内に配置され、三元触媒とＧＰＦとを有している。下流の触媒コンバーター５８は、エンジンルーム外に配置され、三元触媒を有している。なお、触媒コンバーター５７，５８の構成は、エンジン１の仕様に応じて適宜変更できる。
【００５５】
吸気通路４０と排気通路５０との間には、既燃ガスの一部を吸気通路４０に還流させるＥＧＲ通路５２が接続されている。ＥＧＲ通路５２には、ＥＧＲクーラー５３及びＥＧＲ弁５４が設置されている。ＥＧＲ弁５４は、ＥＧＲ通路５２を流れる既燃ガスの流量を変更し、ＥＧＲクーラー５３は、ＥＧＲ通路５２を流れる既燃ガスを冷却する（外部ＥＧＲシステム）。外部ＥＧＲシステムにより、低温の既燃ガスが燃焼室１７に供給される。
【００５６】
エンジン１には、複数のセンサＳＷ１〜ＳＷ１６が設置されている。例えば、エアフローセンサＳＷ１、吸気温度センサＳＷ２、圧力センサＳＷ３、吸気温度センサＳＷ４、圧力センサＳＷ５、指圧センサＳＷ６、排気温度センサＳＷ７、リニアＯ２センサＳＷ８、ラムダＯ２センサＳＷ９、水温センサＳＷ１０、クランク角センサＳＷ１１、アクセル開度センサＳＷ１２、吸気カム角センサＳＷ１３、排気カム角センサＳＷ１４、ＥＧＲ差圧センサＳＷ１５、燃圧センサＳＷ１６などが、エンジン１の各所に設置されている。これらセンサＳＷ１〜ＳＷ１６は、図２に示すように、ＥＣＵ８（制御装置の一例）に接続されていて、エンジン１の運転中は、常時、検知した信号をＥＣＵ８に出力する。
【００５７】
例えば、クランク角センサＳＷ１１は、エンジン１に取り付けられていて、クランクシャフト１５の回転角を検知する。指圧センサＳＷ６は、シリンダ１１毎にシリンダヘッド１３に取り付けられていて、各燃焼室１７の中の圧力（筒内圧ともいう）を検知し、その検出信号をＥＣＵ８に出力する。指圧センサＳＷ６の場合、その検出信号は、例えば、エンジン１の最高回転数でクランクシャフト１５が１度回転する時間と同等かそれ以下の間隔で出力可能である。
【００５８】
図１及び図２に示すように、ＥＣＵ８は、プロセッサ８ａ、メモリ８ｂ、インターフェース８ｃ等を含むハードウエアと、運転領域マップ７０などの各種データや制御プログラム等を含むソフトウエアなどで構成されている。ＥＣＵ８は、例えば、３２又は６４ビットの、動作周波数が１００ＭＨｚ以上の高性能なプロセッサ８ａを実装しており、高速かつ高度な演算処理が可能である。
【００５９】
ＥＣＵ８は、各センサＳＷ１〜ＳＷ１６から出力される信号と、次に説明する運転領域マップ７０等のデータとに基づいて、エンジン１を適正に運転するために、エンジン１を構成している各装置を制御する（図２では、その一例として、インジェクタ６と点火プラグ２５のみを表示）。詳細は後述するが、ＥＣＵ８はまた、所定強度以上のノックの発生を予測し、その予測に基づいてそのノックを抑制する制御も行う。
【００６０】
＜運転領域マップ＞
図３に、エンジン１の運転制御に用いられる運転領域マップ７０の一例を示す。この運転領域マップ７０は、温間時の運転に用いられるものであり、互いに区画された次の５つの領域を含む。
【００６１】
（１）：アイドル運転を含みかつ、低回転及び中回転の領域に広がる「低負荷領域」
（２）：低負荷領域よりも負荷が高くかつ、低回転及び中回転の領域に広がる「中負荷領域」
（３）：中負荷領域よりも負荷が高い領域でかつ、全開負荷を含む高負荷領域の中回転の領域である「高負荷中回転領域」
（４）：高負荷領域において中回転領域よりも回転数の低い低回転の領域である「高負荷低回転領域」
（５）：低負荷領域、中負荷領域、高負荷中回転領域、及び、高負荷低回転領域よりも回転数の高い「高回転領域」
【００６２】
ここでいう低回転、中回転、及び、高回転の各領域は、エンジン１の全運転領域を回転方向に略三等分にした場合の、低回転側から順に並ぶ各領域である。回転数Ｎ１（例えば１２００ｒｐｍ程度）未満を低回転、回転数Ｎ２（例えば４０００ｒｐｍ程度）以上を高回転、回転数Ｎ１以上Ｎ２未満を中回転としている。
【００６３】
エンジン１は、運転領域マップ７０の全域でＳＰＣＣＩ燃焼を行ってもよいが、この構成では、低負荷領域（１）、中負荷領域（２）、及び、高負荷中回転領域（３）において、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う。その他の領域、具体的には、高負荷低回転領域（４）及び高回転領域（５）において、エンジン１は、火花点火によるＳＩ燃焼を行う。なお、冷間時や始動時など、エンジン１が十分に暖まっていない時には、低負荷領域（１）、中負荷領域（２）、及び、高負荷中回転領域（３）の一部領域や全領域においてもＳＩ燃焼を行ってもよい。
【００６４】
過給機４４は、低負荷領域（１）及び中負荷領域（２）における低負荷かつ低回転の領域でオフされる。エンジン１は、これら領域では、非過給の状態、つまり自然吸気の状態で運転する。その他の領域、例えば高負荷中回転領域（３）、高負荷低回転領域（４）、及び、高回転領域（５）の各領域においてオンされる。エンジン１は、これら領域では、過給状態、つまり過給機４４の下流側が大気圧より動的に高圧になる状態で運転する。
【００６５】
（ＳＰＣＣＩ燃焼）
エンジン１は、燃費の向上及び排出ガス性能の向上を主目的として、低負荷領域（１）等において、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う。ＳＰＣＣＩ燃焼が行われる時は、スワールコントロール弁５６が閉じ側の所定の開度で制御され、燃焼室１７の中に、所定の強さを有する斜めスワール流が形成される（例えば、スワール比で１．５〜３の範囲）。
【００６６】
燃焼室１７に形成される混合気の空気過剰率λは、低負荷領域（１）では１を超え（Ａ／Ｆは３０以上）、中負荷領域（２）では、略１（１．０〜１．２）、高負荷側では１以下に制御される。必要に応じて燃焼室１７の中にＥＧＲガスが導入される。例えば、低負荷領域（１）では、ポジティブオーバーラップ期間やネガティブオーバーラップ期間の設定により、内部ＥＧＲガスが導入される。中負荷領域（２）や高負荷中回転領域（３）では、必要に応じて冷却された外部ＥＧＲガスが導入される。ＥＧＲガス量は、負荷が高まるに従って減るように制御される。
【００６７】
図４の上段に、ＳＰＣＣＩ燃焼での燃焼形態の一例を示す（高負荷中回転領域（３）における燃焼）。燃料は、吸気行程から圧縮行程の期間内の所定のタイミングで噴射され、図例のように、必要に応じて分割噴射される（符号Ｉｎ１，Ｉｎ２で示す）。スワール流との組み合わせにより、混合気は成層化される場合がある（例えば、中央部の混合気のＡ／Ｆは２０以上３０以下、外周部の混合気のＡ／Ｆは３５以上）。ＳＰＣＣＩ燃焼が行われる時の燃焼室１７の全体でのＧ／Ｆは、通常、１８以上５０以下に制御される。
【００６８】
圧縮上死点の前後の所定のタイミングで、点火プラグ２５が強制的に点火する（符号Ｓ１で示す）。それにより、燃焼室１７に形成された混合気はＳＰＣＣＩ燃焼する。それにより、ＳＩ燃焼に連続してＣＩ燃焼する燃焼波形（熱発生率の変化を示す波形、符号Ｗ１で示す）が形成される。
【００６９】
（ＳＩ燃焼）
この構成のエンジン１では、高回転領域（５）等、安定したＳＰＣＣＩ燃焼が困難な時にＳＩ燃焼を行う。ＳＩ燃焼が行わる時は、スワールコントロール弁５６は開き側で制御される（通常は略全開）。ＳＩ燃焼が行わる時はまた、必要に応じて冷却された外部ＥＧＲガスが導入され、混合気の空気過剰率λは、略１（１．０〜１．２）に制御される。
【００７０】
高負荷低回転領域（４）では、リタード噴射が行われる。すなわち、圧縮行程の後期から膨張行程の初期までの期間（リタード期間）に、インジェクタ６は、高圧（例えば３０ＭＰａ以上）の燃料を噴射する。
【００７１】
図４の下段に示すように、高回転領域（５）では、吸気行程の期間中に燃料を噴射する（符号Ｉｎ３で示す）。圧縮上死点の前後の所定のタイミングで、点火プラグ２５が強制的に点火する（符号Ｓ２で示す）。それにより、燃焼室１７に形成された混合気は、自己着火することなく燃焼し、ＳＩ燃焼の燃焼波形が形成される（符号Ｗ２で示す）。
【００７２】
＜強ノックの予測＞
ノックは、ＳＩ燃焼が行われる火花点火式エンジンにおいて特に問題視されている現象である。詳しくは、点火プラグによる着火で混合気の燃焼が開始すると、火炎伝播によって燃焼が拡大していく。その間、未燃混合気（エンドガス）の温度及び圧力が局所的に高まって、自着火による燃焼が発生する場合がある。自着火による燃焼は火炎伝播による燃焼よりも急峻なため、その圧力振動が騒音や衝撃を形成し、ノックを発生させる。
【００７３】
通常、ノックは、エンジンが高負荷の運転領域において低回転で運転しているときに発生し、回転数が高まって火炎伝播速度が早まることで解消されていく。しかし、ノックは、エンジンが高回転で運転しているときにも発生する。高回転で運転しているときに発生するノックは、低回転で運転しているときに発生するノックよりも強い傾向がある。そして、頻度は非常に少ないが（例えば０．１％程度）、所定強度以上の強いノック（強ノックともいう）が発生する場合もある。
【００７４】
ＳＰＣＣＩ燃焼が行われるこのエンジン１では、幾何学的圧縮比が１４以上であり、一般的な火花点火式エンジンに比べて、燃焼時に、燃焼室１７の中の圧力が高くなるよう設計されている。そのため、このエンジン１は、一般的な火花点火式エンジンと比べると、ノックが発生し易い傾向がある。そして、このエンジン１においても、一般的な火花点火式エンジンと同様に、強ノックが発生する場合がある。
【００７５】
強ノックは、頻度は少なくても、エンジンにダメージを与える可能性が高い。そのため、強ノックは、エンジンの信頼性を低下させる原因となる。それに対し、本発明者らは、燃焼初期の筒内圧から、強ノックの発生が予測可能であることを見出した。その知見に基づき、このエンジン１には、強ノックの発生が精度高く予測でき、その予測に基づいて強ノックの抑制が可能になる技術が組み込まれている。
【００７６】
すなわち、このエンジン１は、まず最初に、図５に示すように、圧縮行程の後期から膨張行程の初期までの、燃焼が始まった燃焼初期の期間内に、筒内圧を検出又は推定するノック情報取得処理１００（ノック情報取得ステップ）と、この燃焼が進行する過程で、筒内圧を予め設定されている基準値ＳＶと比較し、筒内圧がその基準値ＳＶを超えているか否かを判別するノック強度判別処理１０１（ノック強度判別ステップ）とを実行する。そして、筒内圧がその基準値ＳＶを超えていた場合に、燃焼が終了するまでの期間中に、強ノックが発生すると予測する。
【００７７】
具体的には、図２に示すように、ＥＣＵ８に、強ノックの発生を予測するノック発生予測プログラム８０（ノック発生予測手段）が実装されている。ノック発生予測プログラム８０は、ノック情報取得部８１とノック強度判別部８２とを含む。ノック情報取得処理１００は、ノック情報取得部８１によって実行され、ノック強度判別処理１０１は、ノック強度判別部８２によって実行される。
【００７８】
すなわち、ＥＣＵ８は、エンジン１の運転中は、常時、指圧センサＳＷ６から入力される検出信号に基づいて、筒内圧を検出する。ノック情報取得部８１は、圧縮行程の後期から膨張行程の初期までの、燃焼が始まった燃焼初期の期間内の筒内圧を取得する。ノック強度判別部８２は、ノック情報取得部８１と協働して強ノックの発生を予測する処理を実行する。ノック強度判別部８２には、その強ノックを判別するための基準となる基準値ＳＶが設定されている。
【００７９】
この基準値ＳＶは、所定の大きさ（例えば１００ｂａｒ等）のノック強度（Ｋｐ）に対応した、所定の判別タイミングにおける筒内圧である。基準値ＳＶは、ＥＣＵ８のメモリ８ｂに記憶されている。基準値ＳＶは、変更可能であり、エンジン１の仕様に対応して設定される。
【００８０】
ここでノック強度は、ノックの強さを表す指標であり、ノックに起因する筒内圧パルスの振幅値である。ノック強度は、筒内圧のデータを演算処理することによって取得される。
【００８１】
ノック強度を、図６を参照して具体的に説明する。図６の上側に示す波形は、ある燃焼サイクルにおける筒内圧変化を示している。燃焼後期に見られるパルス状の波形は、ノックを示している。このような筒内圧の圧力波形を、ハイパスフィルター（ＨＰＦ）などで処理することで、圧力波形から圧縮圧などのエンジン固有の圧力変動成分が除去される。それにより、図６の下側に示すように、ノックに起因する圧力パルスのみからなる圧力波形が抽出される。一般的には、その圧力波形の圧力パルスのうち、最大となる振幅値が、その燃焼サイクルにおけるノック強度（Ｋｐ）とされる（単位：ｂａｒ）。
【００８２】
基準値ＳＶは、強ノックが発生する前の、燃焼初期（具体的には、混合気の燃焼が開始した直後からその後にノックが発生するまでの燃焼過程）における所定のタイミングでの筒内圧であり、予め実験等によって取得される。基準値ＳＶは、１つであってもよいし、複数であってもよい。基準値ＳＶは、判別条件に応じて設定すればよい。その一例を、図７を参照して説明する。
【００８３】
図７のグラフは、所定の条件の下での燃焼時における筒内圧変化を示している。その燃焼条件は、高回転領域（５）においてエンジン１を４０００ｒｐｍの回転数で運転した場合に対応している（以下の説明ではエンジン１での燃焼として説明する）。図７では、燃料の噴射量や噴射タイミング、点火タイミングなど、同じ燃焼条件の下で行われた多数の燃焼サイクルの筒内圧変化を重ねた状態で表示している。
【００８４】
例示の燃焼条件では、燃料の噴射は、吸気行程の所定のタイミングで一括して行われ、点火プラグ２５による点火は、圧縮上死点前のクランク角で７°（−７°ＣＡともいう）の前後のタイミングで行われている。それにより、圧縮上死点に近づくに連れて筒内圧が次第に上昇し、点火による燃焼が圧縮上死点（０°ＣＡ）の近傍で開始している。圧縮上死点を過ぎて膨張行程に入ると、ピストン３の下降に伴う筒内圧の減少と共に火炎伝播による燃焼が進行する。その燃焼熱と燃焼圧とにより、一部の燃焼サイクルにおいて自己着火が発生し、２０°ＣＡ以降に、ノックを示す多数の圧力パルスが発生している。
【００８５】
これら圧力パルスの中には、異常にピークの大きなものが僅かに存在している。例えば、図示の基準線Ｌを超える圧力パルスを示すノックを、ノック強度が所定以上の強ノックであるとすると、強ノックの発生頻度は、１０００回の燃焼サイクルで数回程度である。
【００８６】
これら強ノックが発生している燃焼では、強ノックが発生していない燃焼と比べて、燃焼初期の筒内圧が相対的に大きくなる傾向が認められる。本発明者らはこの点に着目し、燃焼初期の適正なタイミングにおいて筒内圧を所定の基準値ＳＶと比較することで、その後に強ノックが発生するか否かが判別できることを見出した。
【００８７】
例えば、図７において矢印Ａで示す、最も早いタイミングで強ノックが発生している燃焼（強ノック燃焼ともいう）の筒内圧変化を見た場合、混合気の燃焼が開始した直後（この例では、クランク角で圧縮上死点後数度のタイミング）からその後にノックが発生するまでの燃焼初期の期間において、筒内圧が相対的に大きくなっており、強ノックが発生していない燃焼との間で圧力差が認められる。従って、その圧力差が判別できる基準値ＳＶを設定し、燃焼初期に、筒内圧を基準値ＳＶと比較することで、その後に強ノックが発生するか否かの判断が可能になる。
【００８８】
前述したように、このエンジン１では、指圧センサＳＷ６により、筒内圧は、１°ＣＡレベルで検出されてＥＣＵ８に出力される。そして、ＥＣＵ８には、高度な演算を高速で行えるプロセッサ８ａが実装されている。そのため、燃焼初期の所定のタイミングで、指圧センサＳＷ６で検出される筒内圧を基準値ＳＶと比較して、燃焼が進行する過程で発生する強ノックの予測が可能となっている。例えば、このエンジン１の場合、５０００ｒｐｍを超えるような高回転で運転している場合でも、強ノックの予測は可能である。
【００８９】
筒内圧が基準値ＳＶを超えているか否かの判別に適したタイミング（判別タイミング）は、燃焼条件に応じて変動する。そのため、判別タイミングは、強ノックが発生し易い燃焼条件に対応した期間内に設定するのが好ましい。具体的には、判別タイミングは、クランク角で上死点前１５°（−１５°ＣＡ）から上死点後２５°（２５°ＣＡ）までの期間内に設定するのが好ましい。
【００９０】
強ノックは、前述したように、エンジンが高負荷かつ高回転の運転領域で運転しているときに発生し易い傾向がある。このような運転領域での燃焼条件では、燃焼初期の期間が、−１５°ＣＡから２５°ＣＡまでの期間内にある場合が多い。そのため、この期間内に判別タイミングを設定することで、効率的で安定した強ノックの予測が可能になる。
【００９１】
ノック抑制の観点からは、その後のノックが発生する前までの燃焼過程で、ノックを抑制する処理を実行する必要がある。そのため、判別タイミングは、燃焼初期の期間でも、強ノックの発生が判別できる早い時期に設定する必要がある。
【００９２】
例えば、図７に示す燃焼条件であれば、５°ＣＡから１３°ＣＡまでの期間内（図７のｒ１）に、判別タイミングを設定するのが好ましい。このエンジン１では、例示の燃焼条件での判別タイミングとして、９°ＣＡが設定されている。
【００９３】
なお、基準値ＳＶとの比較に用いる筒内圧は、指圧センサＳＷ６の検出信号から求められる筒内圧の検出値そのものでもよいし、複数の筒内圧の検出値から演算して得られる値であってもよい。また、判別タイミングは、一つに限らず複数であってもよい。判別タイミングが複数の場合、判別タイミング毎に基準値ＳＶを設定し、これら基準値ＳＶとそれに対応した筒内圧とを比較し、総合的に判別すればよい。このような筒内圧の情報は、ノック情報取得部８１によって取得される。
【００９４】
更に、判別タイミングは、質量燃焼割合（Ｂｕｒｎｅｄ  Ｍａｓｓ  Ｆｒａｃｔｉｏｎ、ＢＭＦ）に基づいて設定するのが好ましく、ノック抑制の観点からは、質量燃焼割合で５％から２０％までの期間内に設定するのが好ましい。
【００９５】
燃焼期間は、燃焼条件によって進角したり遅角したりする。それに伴って最適な判別タイミングも変化する。従って、判別タイミングをクランク角に基づいて設定すると、燃焼条件が変化すると、判別タイミングが、最適なタイミングからずれる場合がある。それに対し、判別タイミングを質量燃焼割合に基づいて設定すれば、燃焼条件が変化しても、それに合わせて判別タイミングも変化するので、最適なタイミングを維持できる。
【００９６】
ここで「質量燃焼割合」は、この技術分野で用いられている、燃焼の進行程度を示す指標である。質量燃焼割合は、概略、全燃料質量に対する燃焼した燃料質量の割合（％）に相当する。質量燃焼割合はまた、燃焼室１７に供給された１つの燃焼サイクルあたりの燃料の質量Ａのうち、燃焼した燃料の質量Ｂの比（Ｂ／Ａ、単位％）としてもよい。質量燃焼割合はまた、燃焼室１７に供給された燃料の全てが燃焼したときに発生する総発熱量Ｃに対する、対象とする時点までに発生した発熱量Ｄの割合（Ｄ／Ｃ、単位％）としてもよい。
【００９７】
質量燃焼割合は、燃焼が開始した後の筒内圧の履歴から演算できる。このエンジン１では、ノック強度判別部８２が、燃焼開始後の筒内圧の履歴に基づいて質量燃焼割合を算出し、質量燃焼割合に基づいて判別タイミングを判断する判別時期判断処理（判別時期判断ステップ）を実行する。
【００９８】
図８に、図７に対応した質量燃焼割合のグラフを示す。例示の燃焼条件では、燃焼が開始する、０°ＣＡの近傍までの質量燃焼割合は０％である。その後、燃焼が進行することで質量燃焼割合が増加し、２０°ＣＡを過ぎた辺りから燃焼が終了し、質量燃焼割合は１００％に達する。
【００９９】
強ノック燃焼での、前述した５°ＣＡから１３°ＣＡまでの期間ｒ１は、質量燃焼割合では５％から２０％までの期間が対応している。また、強ノック燃焼での９°ＣＡは、質量燃焼割合１０％のタイミングが対応している。
【０１００】
従って、このエンジン１では、強ノックを予測して抑制するために、質量燃焼割合が５％から２０％までの期間内に判別タイミングが設定されている。具体的には、質量燃焼割合１０％のタイミングで、強ノックの発生の有無が判別されるようになっている。
【０１０１】
＜強ノックの抑制＞
図５に示すように、このエンジン１では、ノック強度判別処理１０１で強ノックが発生すると予測された場合、つまり判別タイミングにおいて筒内圧が基準値ＳＶを超えていた場合に、強ノックを抑制するノック抑制処理１０２（ノック抑制ステップ）が実行されるように構成されている。具体的には、燃焼が終了する前に燃焼室１７の中に流体（このエンジン１では追加の燃料）を噴射する。
【０１０２】
前述した強ノックを予測する処理に引き続いて、この強ノックを抑制する一連の処理は、同じ燃焼サイクルにおける１回の燃焼期間中に実行される。このエンジン１では、圧縮上死点の前後のタイミングで燃焼が開始し、膨張行程の過程でその燃焼は終了する。その燃焼が開始して終了するまでの期間中に、強ノックの発生を予測し、その予測に基づいて燃料を追加噴射する。
【０１０３】
このエンジン１には、燃焼室１７の中に燃料を噴射するインジェクタ６が設置されている。インジェクタ６は、高圧で瞬時に燃料を噴射することができる。従って、このエンジン１では、強ノックが発生すると予測されると、ＥＣＵ８は、インジェクタ６が燃料を追加して噴射するように制御する。すなわち、ノック抑制処理１０２は、ＥＣＵ８によって実行される。
【０１０４】
燃焼室１７の中に、高圧で燃料が噴射されると、燃焼が進行している混合気が撹拌される。前述したように、ノックは、未燃混合気の温度及び圧力が局所的に高まることによって発生する。そのため、燃焼の過程で混合気が撹拌されると、混合気全体の温度が均質化されるので、未燃混合気の局所的な温度の上昇が抑制される。その結果、強ノックが抑制される。燃料であれば、既設のインジェクタ６を利用して噴射できる。燃料の気化による冷却作用が得られる利点もある。
【０１０５】
強ノックは、燃焼期間の中でも圧縮上死点の経過後に発生する。そのため、燃料の追加噴射は、クランク角では圧縮上死点（０°ＣＡ）の経過後に行うのが好ましい。
【０１０６】
また、図７に見られるように、最も早い強ノックは、２０°ＣＡのタイミングで発生している。従って、強ノックを抑制するためには、少なくとも２０°ＣＡより前に燃料を追加噴射する必要がある。噴射後に、その撹拌効果が混合気に作用する時間を考慮すると、強ノックを抑制するためには、少なくとも１８°ＣＡより前（図７の矢印Ｙ１参照）に燃料を追加噴射するのが好ましい。
【０１０７】
図８を見ると、強ノック燃焼での１８°ＣＡは、質量燃焼割合では５０％に相当している。従って、燃料の追加噴射は、燃焼が始まって質量燃焼割合が５０％になるまでの期間内（図８の矢印Ｙ２参照）に行うのが好ましい。
【０１０８】
一方、ノックを効率よく抑制するためには、ノックが発生する直前に撹拌するのが好ましい。未燃混合気の温度が局所的に十分高まっていない状態で撹拌しても、高い温度抑制効果は得られない。未燃混合気の温度が局所的に十分高まった状態の方が、混合気の温度差が大きいので、撹拌による温度抑制効果は高い。従って、ノックが発生する直前に燃料を噴射する方がノックを効率よく抑制できる。
【０１０９】
また、燃料を追加噴射する制御信号がインジェクタ６に出力されても、インジェクタ６が実際に燃料を噴射するまでにはある程度の時間を要する（図１０参照）。従って、判別タイミングから燃料の追加噴射までに、ある程度の時間を確保する必要もある。
【０１１０】
そのため、燃料の追加噴射は、質量燃焼割合が２０％から５０％までの期間内に実行するのが好ましく、質量燃焼割合が３０％から５０％までの期間内に実行するのがより好ましい。
【０１１１】
なお、ノック抑制の観点からすれば、全ての燃焼サイクルで燃料を追加噴射して強ノックを抑制することも可能である。しかし、追加噴射に用いられる燃料は、エンジン１の運転に必要な燃料とは別であることから、全ての燃焼サイクルで燃料を追加噴射すると、燃費が悪化する。また、このような燃料の追加噴射は、煤の増加を招く。従って、燃費や排気性能の向上を考慮すると、全ての燃焼サイクルで燃料を追加噴射することは好ましくない。
【０１１２】
このエンジン１では、強ノックが予測された時にのみ、燃料が追加噴射されるので、燃料を追加噴射する頻度を最小限に抑制でき、強ノックを効果的に抑制できる。
【０１１３】
また、ノックを抑制するには、追加噴射する燃料の量は多い方が有効である。しかし、燃料の追加噴射量が多くなれば、その分だけ煤も増加する。同じ燃焼サイクルで予測から追加噴射まで行うため、燃料が噴射できる時間が短いという制約もある。従って、これらの点を考慮すると、追加噴射される燃料の質量は、燃料が追加噴射される燃焼サイクルにおいて噴射される燃料の全質量（噴射燃料総質量）の１０％以下に設定するのが好ましい。インジェクタ６によれば、この程度の噴射量であっても、必要とする混合気の撹拌効果を得ることができる。このエンジン１では、追加噴射される燃料の質量は、噴射燃料総質量の５％となるように設定されている。
【０１１４】
＜強ノックの予測制御及び抑制制御の一例＞
図９及び図１０に、このエンジン１で行われる強ノックの予測制御及び抑制制御の一例を示す。
【０１１５】
前述したように、強ノックは、エンジンが高負荷の領域のうち、回転数が高い領域で運転している時に発生し易い傾向がある。そのため、このエンジン１では、図３に鎖線Ｅで示すように、ＳＰＣＣＩ燃焼が行われる高負荷中回転領域（３）から、ＳＩ燃焼が行われる高回転領域（５）の高負荷側の領域にわたる所定の領域（対象領域）において、強ノックの予測制御及び抑制制御が行われるように設定されている。
【０１１６】
運転領域の全域で行ってもよいが、このように強ノックが発生し得る部分的な対象領域に限って、強ノックの予測制御及び抑制制御を行えば、強ノックが効率的に抑制でき、ＥＣＵ８の処理負担を軽減できる。
【０１１７】
従って、ＥＣＵ８（具体的にはノック発生予測プログラム８０）は、エンジン１の運転中に、クランク角センサＳＷ１１、アクセル開度センサＳＷ１２等から入力される検出信号に基づいて、エンジン１が対象領域で運転しているか否かを判断する（ステップＳ１）。そして、エンジン１が対象領域で運転している場合には、ＥＣＵ８は、強ノックの予測及び抑制を行うために、指圧センサＳＷ６の検出信号を連続的に入力する（ステップＳ２）。なお、ここでは、対象領域のうち、図３に示す、高回転領域（５）の高負荷側の領域でエンジン１が運転しているものとして説明する。
【０１１８】
ノック情報取得部８１は、この検出信号から必要に応じて筒内圧を取得する。筒内圧は、入力される検出信号から直接得られる値（いわゆる実測値）でもよいし、入力される検出信号を演算処理して得られる間接的な値でもよい。
【０１１９】
そうして、ＥＣＵ８は、点火プラグ２５が着火されたか否かを判断する（ステップＳ３）。対象領域では、点火プラグ２５による着火で燃焼が開始するので、ＥＣＵ８は、燃焼サイクル毎に着火タイミングを検知する。そして、点火プラグ２５による着火が行われた場合には、ノック強度判別部８２が、その着火によって始まる燃焼の質量燃焼割合（ＭＢＦ）を、指圧センサＳＷ６の履歴に基づいて算出する処理を行う（ステップＳ４）。
【０１２０】
図１０に示すように、−７°ＣＡのタイミングで点火されると、ノック強度判別部８２は、クランク角センサＳＷ１１から入力される検出信号と共に、その後に指圧センサＳＷ６から入力される検出信号を用いて、連続的に、質量燃焼割合を算出する。ノック強度判別部８２は、質量燃焼割合が１０％に達すると（ステップＳ５でＹｅｓ）、ノック情報取得部８１によって取得される筒内圧と、基準値ＳＶとを比較する（ステップＳ６）。
【０１２１】
その結果、ノック強度判別部８２は、筒内圧が基準値ＳＶ以上であれば、強ノックが発生すると予測し（ステップＳ７）、筒内圧が基準値ＳＶ未満であれば、強ノックは発生しないと予測する（ステップＳ８）。強ノックが発生しないと予測された場合は、ＥＣＵ８は、その燃焼サイクルにおける強ノックの予測制御及び抑制制御を終了し、次の燃焼サイクルの強ノックの予測制御及び抑制制御に移行する。
【０１２２】
対して、強ノックが発生すると予測された場合には、ＥＣＵ８は、インジェクタ６に燃料を追加噴射する指示を行う（ステップＳ９）。それにより、インジェクタ６には、追加で噴射する燃料量に応じた時間、ノズルを開弁させる制御信号が出力される。
【０１２３】
図１０に示すように、制御信号が出力された後、実際に燃料が噴射されるまでにはタイムラグ（この例では１０°ＣＡ程度）が発生する。ＥＣＵ８は、タイムラグを考慮して制御信号を出力する。それにより、ノックが発生する直前に燃料が追加噴射されることとなる。
【０１２４】
燃料の追加噴射によって強ノックが抑制される結果、ノックが消滅、あるいは、ノック強度の小さいノックが発生する。
【０１２５】
＜検証試験＞
燃料の追加噴射による強ノックの抑制効果を検証するべく試験を行った。検証試験では、前述したエンジン１に類するエンジン（幾何学的圧縮比：１７以上）を使用した。運転状態が高負荷領域と同じになるように、吸気行程で燃料を一括噴射し、４０００ｒｐｍの回転数でエンジンを運転した。そのエンジンの運転中に、同程度の強ノックが発生すると予測される２つの燃焼サイクルを抽出し、これら燃焼サイクルにおいて、燃料の追加噴射の有無による筒内圧の変化を比較した。
【０１２６】
図１１に、その結果を示す。細線で示すグラフが、燃料の追加噴射が無かった燃焼での筒内圧変化である（比較例）。太線で示すグラフが、燃料の追加噴射が有った燃焼での筒内圧変化である（実施例）。燃料の追加噴射は、図１１の上部に示すように、ノックが発生する直前に行った。これらグラフから明らかなように、燃料の追加噴射が行われなかった場合には、強ノックが発生し、燃料の追加噴射が行われた場合には、ノック強度が小さくなっており、強ノックが抑制されたことが分かる。
【０１２７】
従って、開示する技術が適用されたエンジン１によれば、頻度の少ない強ノックの発生を精度高く予測できるうえに、強いノックを効果的に抑制することができるので、信頼性を向上させることができる。
【０１２８】
なお、開示する技術は、上述した実施形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。
【０１２９】
例えば、開示する技術が適用できるエンジンの型式は、実施形態のエンジン１に限らない。ノックが発生するエンジンであれば、開示する技術は適用可能である。例えば、開示する技術は、一般的な火花点火式エンジンや、火花点火を行わない圧縮自己着火式エンジンにも適用可能である。
【０１３０】
強ノックの判別に用いる筒内圧を取得する方法は、必ずしも指圧センサＳＷ６で検出することに限らない。例えば、燃焼条件等のデータから筒内圧を間接的に推定し、その推定値を強ノックの判別に用いてもよい。強ノックの予測及び抑制は、特定の運転領域に限らず、エンジンの運転領域の全域で行ってもよい。
【０１３１】
噴射する流体は、燃料が好ましいが、それに限らない。例えば、水やガスでもよい。要は、噴射することで燃焼室に形成された混合気を撹拌できるものであればよい。
【符号の説明】
【０１３２】
１  エンジン
３  ピストン
６  インジェクタ
８  ＥＣＵ
１７  燃焼室
２５  点火プラグ
８０  ノック発生予測プログラム（ノック発生予測手段）
８１  ノック情報取得部
８２  ノック強度判別部
ＳＶ  基準値
【図１】
2019127829.tif 000003
【図２】
2019127829.tif 000004
【図３】
2019127829.tif 000005
【図４】
2019127829.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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