(57)【要約】【課題】燃焼変動率の増加を抑制してノッキングを防止でき、これにより筒内圧を高めて性能向上を達成できるエンジンの燃焼制御装置を提供する。【解決手段】エンジン１の各気筒の吸気側及び排気側に光センサ３１，３２を設置し、筒内での燃焼により点火プラグ１２を中心として外周側へと進行する火炎面が発する光をそれぞれ検出する。排気側光センサ３２の検出タイミングと吸気側光センサ３１の検出タイミングとの時間差Δｔを算出し、この時間差Δｔを吸排気間の火炎伝播の偏りと見なし、時間差Δｔが大であるほど次サイクルの点火時期のリタード量を増加側に設定する。次サイクルではリタード量に基づき点火時期をリタードし、未燃燃料の持越しに起因するノッキングを防止する。【選択図】図１
2019167927.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒内の吸気側から排気側への吸気流動に起因する吸排気間の火炎伝播の偏りを推定する偏り推定手段と、
前記偏り推定手段により推定された火炎伝播の偏りに基づき、後続のサイクルでの点火時期のリタード量を算出するリタード量算出手段と、
前記リタード量算出手段により算出されたリタード量に基づき、前記後続のサイクルの点火時期をリタードする点火リタード制御手段と
を備えたことを特徴とするエンジンの燃焼制御装置。
【請求項２】
前記偏り推定手段は、
筒内の吸気側を検出領域として、点火プラグを中心として外周側に進行する火炎面を検出する吸気火炎検出手段と、
筒内の排気側を検出領域として、前記外周側に進行する火炎面を検出する排気火炎検出手段と、
前記吸排気間の火炎伝播の偏りとして、前記排気火炎検出手段により火炎面が検出されてから前記吸気火炎検出手段により火炎面が検出されるまでの時間差を算出する時間差算出手段と
から構成され、
前記リタード量算出手段は、前記時間差算出手段により算出された時間差が大であるほど増加側のリタード量を算出する
ことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの燃焼制御装置。
【請求項３】
前記エンジンのEGR率が大であるほど、前記リタード量算出手段により算出されたリタード量を増加側に補正するEGR対応補正手段をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンの燃焼制御装置。
【請求項４】
前記エンジンの空燃比がリーン側であるほど、前記リタード量算出手段により算出されたリタード量を増加側に補正する空燃比対応補正手段をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のエンジンの燃焼制御装置。
【請求項５】
前記エンジンの筒内への投入熱量と筒内での発生熱量との熱量差を算出する熱量差算出手段と、
前記熱量差算出手段により算出された熱量差が大であるほど、前記リタード量算出手段により算出されたリタード量を増加側に補正する熱量差対応補正手段とをさらに備えた
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のエンジンの燃焼制御装置。
【請求項６】
前記エンジンの筒内への投入熱量と筒内での発生熱量との熱量差を算出する熱量差算出手段と、
前記熱量差算出手段により算出された熱量差が所定値を超えるときに、前記点火リタード制御手段による点火時期のリタードを許可し、前記熱量差が所定値以下のときに、前記点火リタード制御手段による点火時期のリタードを禁止するリタード許可・禁止手段とさらに備えた
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のエンジンの燃焼制御装置。
【請求項７】
前記吸気火炎検出手段及び前記排気火炎検出手段は、それぞれ前記火炎面が発する光を検出する光センサであり、前記エンジンの筒内に臨む検出端に、青白い色の光のみを通過させるフィルタが装着されている
ことを特徴とする請求項２に記載のエンジンの燃焼制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの燃焼制御装置に係り、詳しくはサイクル間の燃焼変動率の増加に起因するノッキングを抑制する燃焼制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの筒内の燃焼状態はサイクル毎に異なり、このようなサイクル間の燃焼状態の格差は燃焼変動率を指標として表される。燃焼変動率の増加は失火やノッキングの要因になると共に、ドライバビリティの低下にもつながる。
例えばエンジン性能の向上には、ノッキングを抑止可能な上限までエンジンの筒内圧を高めることが望ましいが、燃焼変動率が大の場合、最も条件が悪いサイクルを基準として筒内圧を制限せざるを得ず十分な性能向上が望めない。
【０００３】
特に燃費向上等を目的として多量のEGR導入や空燃比のリーン化を実施するリーンバーンエンジンでは、希薄燃焼による燃焼速度の低下を見込んで通常のストイキエンジンよりも点火時期を進角させている。このため、大きな燃焼変動率により燃焼状態が悪いサイクルで生じた未燃燃料が次サイクルに持ち越されると、空燃比がストイキに接近して進角した点火時期ではノッキングが生じる。このため燃焼変動率の増加による悪影響を受け易く、従来から対策が要望されていた。
【０００４】
そこで、例えば特許文献１に記載の技術では、エンジンの筒内圧を筒内圧センサにより検出し、良好な燃焼状態のときの基準筒内圧に比較して実際の筒内圧が低い場合に燃焼状態が悪化していると見なし、次サイクルの点火時期をリタードすることでノッキングの回避を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１１２２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように特許文献１の技術は、筒内圧が燃焼変動率と相関するとの知見に基づき、筒内圧を指標として点火時期のリタードを実施している。しかしながら、この対策を実施してもノッキングを適切に抑制できない場合があり、従来からより効果的な対策が要望されていた。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、燃焼変動率の増加を抑制してノッキングを防止でき、これにより筒内圧を高めて性能向上を達成することができるエンジンの燃焼制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、本発明のエンジンの燃焼制御装置は、筒内の吸気側から排気側への吸気流動に起因する吸排気間の火炎伝播の偏りを推定する偏り推定手段と、前記偏り推定手段により推定された火炎伝播の偏りに基づき、後続のサイクルでの点火時期のリタード量を算出するリタード量算出手段と、前記リタード量算出手段により算出されたリタード量に基づき、前記後続のサイクルの点火時期をリタードする点火リタード制御手段とを備えたことを特徴とする（請求項１）。
【０００８】
このように構成したエンジンの燃焼制御装置によれば、偏り推定手段により推定された火炎伝播の偏りに基づき、リタード量算出手段により後続のサイクルでの点火時期のリタード量が算出され、そのリタード量に基づき点火リタード制御手段により後続のサイクルの点火時期がリタードされる。従って、あるサイクルで火炎伝播の偏りが生じて燃焼状態が悪化したとしても、次サイクルでは点火時期が適切にリタードされることによりノッキングが回避される。
【０００９】
その他の態様として、前記偏り推定手段が、筒内の吸気側を検出領域として、点火プラグを中心として外周側に進行する火炎面を検出する吸気火炎検出手段と、筒内の排気側を検出領域として、前記外周側に進行する火炎面を検出する排気火炎検出手段と、前記吸排気間の火炎伝播の偏りとして、前記排気火炎検出手段により火炎面が検出されてから前記吸気火炎検出手段により火炎面が検出されるまでの時間差を算出する時間差算出手段とから構成され、前記リタード量算出手段が、前記時間差算出手段により算出された時間差が大であるほど増加側のリタード量を算出することが好ましい（請求項２）。
【００１０】
このように構成したエンジンの燃焼制御装置によれば、火炎伝播に偏りがある場合には、まず排気火炎検出手段により火炎面が検出され、これより遅れて火炎検出手段により火炎面が検出される。このときの双方の検出タイミングの時間差は火炎伝播の偏りの程度と相関し、時間差が大であるほど火炎伝播の偏りが著しいと見なせる。従って、時間差が大であるほど増加側のリタード量が算出されることにより、次サイクルでは極力良好な燃焼状態を保った上でノッキングが回避される。
【００１１】
また別の態様として、前記エンジンのEGR率が大であるほど、前記リタード量算出手段により算出されたリタード量を増加側に補正するEGR対応補正手段をさらに備えることが好ましい（請求項３）。
このように構成したエンジンの燃焼制御装置によれば、EGR率が大であるほど、筒内へのEGRガスの導入量が増加して火炎伝播中の吸気流動が激しくなる。この傾向は次サイクルへの未燃燃料の持越し量を増加させる要因になるが、EGR率が大であるほどリタード量が増加側に補正されるため、一層適切な点火時期のリタードが可能となる。
【００１２】
また別の態様として、前記エンジンの空燃比がリーン側であるほど、前記リタード量算出手段により算出されたリタード量を増加側に補正する空燃比対応補正手段をさらに備えることが好ましい（請求項４）。
このように構成したエンジンの燃焼制御装置によれば、空燃比がリーン側であるほど、筒内への新気の導入量が増加して火炎伝播中の吸気流動が激しくなる。この傾向は次サイクルへの未燃燃料の持越し量を増加させる要因になるが、空燃比がリーン側であるほどリタード量が増加側に補正されるため、一層適切な点火時期のリタードが可能となる。
【００１３】
また別の態様として、前記エンジンの筒内への投入熱量と筒内での発生熱量との熱量差を算出する熱量差算出手段と、前記熱量差算出手段により算出された熱量差が大であるほど、前記リタード量算出手段により算出されたリタード量を増加側に補正する熱量差対応補正手段とをさらに備えることが好ましい（請求項５）。
このように構成したエンジンの燃焼制御装置によれば、筒内への投入熱量と筒内での発生熱量との熱量差は、次サイクルへの未燃燃料の持越し量と直接的に相関する指標であり、熱量差が大であるほど未燃燃料の持越し量が多いと見なせる。熱量差が大であるほどリタード量が増加側に補正されるため、一層適切な点火時期のリタードが可能となる。
【００１４】
また別の態様として、前記エンジンの筒内への投入熱量と筒内での発生熱量との熱量差を算出する熱量差算出手段と、前記熱量差算出手段により算出された熱量差が所定値を超えるときに、前記点火リタード制御手段による点火時期のリタードを許可し、前記熱量差が所定値以下のときに、前記点火リタード制御手段による点火時期のリタードを禁止するリタード許可・禁止手段とさらに備えることが好ましい（請求項６）。
【００１５】
このように構成したエンジンの燃焼制御装置によれば、筒内への投入熱量と筒内での発生熱量との熱量差は、次サイクルへの未燃燃料の持越し量と直接的に相関する指標であり、熱量差が大であるほど未燃燃料の持越し量が多いと見なせる。熱量差が所定値を超えるときには、次サイクルでの点火時期のリタードが許可されて未燃燃料の持越しに起因するノッキングが防止され、熱量差が所定値以下のときには、点火時期のリタードが禁止されて燃焼状態の悪化が防止される。
【００１６】
また別の態様として、前記吸気火炎検出手段及び前記排気火炎検出手段が、それぞれ前記火炎面が発する光を検出する光センサであり、前記エンジンの筒内に臨む検出端に、青白い色の光のみを通過させるフィルタが装着されていることが好ましい（請求項７）。
このように構成したエンジンの燃焼制御装置によれば、火炎面が発する光は青白い色を呈し、ピストンや吸排気弁等への付着燃料が燃えたときの光はオレンジ色を呈する。火炎伝播の偏りは火炎面の進行から推し量るべき事象であり、火炎面が発する光のみがフィルタを透過して選択的に光センサで検出されるため、その検出タイミングが火炎面の進行に対してより正確に対応するものとなる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のエンジンの燃焼制御装置によれば、燃焼変動率の増加を抑制してノッキングを防止でき、これにより筒内圧を高めて性能向上を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態のエンジンの燃焼制御装置を示す全体構成図である。
【図２】筒内での火炎伝播に偏りがない正常な燃焼状態のサイクルを示す模式図である。
【図３】筒内での火炎伝播に偏りがある燃焼状態が悪いサイクルを示す模式図である。
【図４】時間差Δｔとベースリタード量との関係を設定したマップを示す図である。
【図５】EGR率と補正係数ｋ1との関係を設定したマップを示す図である。
【図６】空燃比A/Fと補正係数ｋ2との関係を設定したマップを示す図である。
【図７】熱量差ΔＱと補正係数ｋ3との関係を設定したマップを示す図である。
【図８】実施形態の別例の熱量差ΔＱに応じて点火時期のリタードの許可・禁止を判定するマップを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を具体化したエンジンの燃焼制御装置の一実施形態を説明する。
図１は本実施形態のエンジンの燃焼制御装置を示す全体構成図であり、エンジン１は走行用動力源として車両に搭載された４サイクルガソリンエンジンである。なお、同図では、代表としてエンジン１の特定気筒を示しているが、他の気筒についても同一構成である。
【００２０】
シリンダブロック２のシリンダ３内にはピストン４が配設され、このピストン４の頂面とシリンダヘッド５の下面との間に燃焼室６が画成されている。シリンダヘッド５に形成された吸気ポート７は吸気弁８を介して燃焼室６内（以下、筒内と称する）と連通し、排気ポート９は排気弁１０を介して筒内と連通している。ピストン４は図示しないクランク軸の回転に連動してシリンダ３内で摺動し、これに連動して吸気弁８及び排気弁１０が所定のタイミングで開閉駆動される。シリンダヘッド５には吸気ポート７内に臨むように燃料噴射弁１１が設置されると共に、筒内のほぼ中央に臨むように点火プラグ１２が設けられている。
【００２１】
エンジン１の運転中には、図示しない吸気通路を経て吸気ポート７に導入された吸気中に燃料噴射弁１１から燃料が噴射され、吸気弁８が開弁される吸気行程においてピストン４の下降に伴って混合気として筒内に流入する。続く圧縮行程ではピストン４の上昇により混合気が圧縮され、圧縮上死点近傍で点火プラグ１２により混合気が点火されて燃焼を開始する。
【００２２】
燃焼による火炎面は点火プラグ１２を中心として筒内の外周側へと進行し、これにより発生した燃焼圧を受けて、膨張行程でピストン４が押し下げられてクランク軸に回転力が付与される。その後の排気行程では排気弁１０が開弁され、ピストン４の上昇に伴って筒内の燃焼ガスが排気ポート９へと排出される。以上を１サイクルとし、各気筒でサイクルが繰り返されることによりエンジン１が運転される。
【００２３】
一方、車室内には、図示しない入出力装置，多数の制御プログラムを内蔵した記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ，ＢＵＲＡＭなど），中央処理装置（ＣＰＵ），タイマカウンタなどを備えたＥＣＵ（エンジン制御ユニット）２１が設置されており、エンジン１の総合的な制御を行う。
図示はしないがＥＣＵ２１の入力側には、吸気量ｑvを検出するエアフローセンサ、スロットル弁の開度θthを検出するスロットルセンサ、クランク軸の回転に同期してクランク角信号を出力するクランク角センサ、冷却水温Ｔwを検出する水温センサ等の各種センサ類が接続されている。またＥＣＵ２１の出力側には、上記した燃料噴射弁１１及び点火プラグ１２を駆動するイグナイタ１３が接続されると共に、図示はしないが、スロットル弁を開閉駆動するスロットルアクチュエータ、EGR弁を開閉駆動するEGRアクチュエータ等の各種デバイス類が接続されている。
【００２４】
ＥＣＵ２１は、各種センサ類からの検出情報及び予め設定された制御マップ等に基づき燃料噴射弁１１による燃料の噴射量及び噴射時期、点火プラグ１２による点火時期、スロットルアクチュエータによるスロットル弁の開度、EGRアクチュエータによるEGR弁の開度等の目標値を算出し、それらの目標値に基づき各デバイス類を駆動制御してエンジン１を運転する。
【００２５】
ところで、エンジン性能の向上には筒内圧を高めることが望ましく、そのためにはサイクル間の燃焼変動率の増加を抑制する必要がある。その対策として特許文献１の技術では、筒内圧センサにより検出された筒内圧が基準筒内圧よりも低い場合に、燃焼状態が悪化していると見なして次サイクルの点火時期をリタードしているが、［発明が解決しようとする課題］で述べたように、ノッキングの回避には不十分であった。
【００２６】
このような不具合を鑑みて本発明者は、筒内で生じる吸排気間の火炎伝播の偏りを指標として、次サイクルの点火時期をリタードする対策を想到した。以下、この知見に至った過程を説明する。
まず、特許文献１の対策を実施してもノッキングを適切に抑制できない場合がある事実は、サイクル間の燃焼変動率以外にも筒内圧に影響を及ぼす要因が存在することを意味する。例えば未燃燃料や燃焼ガス等の次サイクルへの持越しにより各サイクル間の燃焼状態、ひいては空燃比やEGR率等に格差が生じ、これらの要因の総合的な影響を受けて各サイクルの筒内圧が定まる。この現象が筒内圧のみでは燃焼変動率を推し量ることができない理由と見なせる。
【００２７】
以上の知見を踏まえて本発明者はエンジン１の可視化試験を実施し、燃焼変動率が筒内で生じる吸排気間の火炎伝播の偏りと相関することを見出した。この相関関係の成立は、以下のように推測される。
図２は筒内での火炎伝播に偏りがない正常な燃焼状態のサイクルを示す模式図、図３は筒内での火炎伝播に偏りがある燃焼状態が悪いサイクルを示す模式図である。
【００２８】
図２に示す火炎伝播に偏りがない場合には、筒内で混合気の燃焼が開始されると、点火プラグ１２を中心として吸気側にも排気側にもほぼ均等な速度で火炎面が進行する。これに対して図３に示す火炎伝播に偏りがある場合には、点火プラグ１２を中心として排気側には速い速度で、吸気側には遅い速度で火炎面が進行する。
この現象は、吸気側から排気側への吸気流動に起因するものであり、混合気の燃焼速度は空燃比に応じて一義的に定まるものの、吸気流動に伴って火炎面自体が吸気側から排気側へと流されることにより、火炎伝播の速度に格差が生じているのである。従って火炎伝播の偏りは、基本的に筒内の吸気流動の強弱に応じたものとなる。
【００２９】
特にリーンバーンエンジンでは、空燃比A/Fのリーン化のためにEGRガスや新気等の多量の吸気が筒内に導入され、予混合のためにタンブルポート等により積極的に筒内流動が生起され、希薄燃焼への対策である点火進角により未だ吸気流動が盛んなタイミングで点火により燃焼が開始されている。これらの要因により、同一出力においてストイキエンジンよりも燃焼中の吸気流動が激しく、この傾向がリーンバーンエンジンでは火炎伝播の偏り、ひいては燃焼変動率の増加を生じ易い要因と推測される。
【００３０】
そして、このような火炎伝播の偏りは、吸気側への火炎面の進行遅れをもたらして燃焼期間が長くなる上に、その間にピストンが下降してしまう。このため燃焼状態が悪化し（次サイクルとの間の燃焼変動率が増加し）、このとき生じた未燃燃料が次サイクルに持ち越されることによりノッキングが生じるのである。
以上の知見に基づき、本実施形態では吸排気間の火炎伝播の偏りを検出するために、エンジン１の各気筒の吸気側に吸気側光センサ３１（偏り推定手段、吸気火炎検出手段）をそれぞれ設置し、排気側に排気側光センサ３２（偏り推定手段、排気火炎検出手段）をそれぞれ設置している。各光センサ３１，３２の検出端は筒内に臨んでおり、燃焼による火炎面が発する光を検出する。各光センサ３１，３２は筒内で発生する熱及び圧力に十分に耐え、且つ火炎面の光を高速・高感度で検出可能な性能を備えており、それぞれの検出信号がＥＣＵ２１に入力される。
【００３１】
吸気側光センサ３１は筒内の吸気側の周縁近傍を検出領域Ｅとし、排気側光センサ３２は筒内の排気側の周縁近傍を検出領域Ｅとしている。従って、それぞれの光センサ３１，３２により光が検出された場合、その検出領域Ｅに火炎面が存在すること、換言すると、点火プラグ１２を中心として外周側へと進行する火炎面が筒内の周縁近傍の検出領域Ｅの位置まで到達したことを意味する。
【００３２】
そして、双方の光センサ３１，３２の検出領域Ｅは点火プラグ１２を基準とした対称位置に設定され、点火プラグ１２から等距離に位置している。このため仮に吸排気間の火炎伝播に偏りがない場合には、点火プラグ１２を中心として外周側へと進行する火炎面の光が各光センサ３１，３２により同時に検出される。
これに対して火炎伝播に偏りがある場合には、まず排気側光センサ３２により光が検出され、これより遅れて吸気側光センサ３１により光が検出される。このときの双方の検出タイミングの時間差Δｔは火炎伝播の偏りの程度と相関し、時間差Δｔが大であるほど火炎伝播の偏りが著しいと見なせる。
【００３３】
また、エンジン１の各気筒には検出端を筒内に臨ませるように筒内圧センサ３３がそれぞれ設置され、各筒内圧センサ３３により燃焼時の筒内圧が検出されてＥＣＵ２１に入力される。
次に、ＥＣＵ２１により実行される火炎伝播の偏りに基づく点火時期のリタード制御について説明する。なお、リタード制御はエンジン１の気筒毎にそれぞれの気筒に付設されたセンサ３１〜３３の検出情報に基づき個別に実行されるため、ある気筒について最終的なリタード量の決定までの算出手順を説明する。
【００３４】
ＥＣＵ２１による算出処理は、火炎伝播の偏りに応じたベースリタード量の算出処理、EGR率及び空燃比A/Fに応じた補正係数ｋ1，ｋ2の算出処理、熱量差ΔＱに応じた補正係数ｋ3の算出処理、及び最終的なリタード量の算出処理に大別される。
まず、ベースリタード量の算出処理について述べる。ある気筒の筒内で点火により燃焼が開始されると、まず排気側に進行する火炎面が発する光が排気側光センサ３２により検出され、その検出タイミングをＥＣＵ２１が記憶する。その後に吸気側に進行する火炎面が発する光が吸気側光センサ３１により検出され、ＥＣＵ２１は、その検出タイミングと先に記憶した検出タイミングとの時間差Δｔを算出する（偏り推定手段、時間差算出手段）。即ち、吸排気間の火炎伝播の偏りが時間差Δｔとして推定されたことになる。
【００３５】
ＥＣＵ２１の記憶装置には、予め図４に示す時間差Δｔとベースリタード量との関係を設定したマップがエンジン１の回転領域毎に記憶されており、ＥＣＵ２１はクランク角センサからのクランク角信号に基づき算出した現在のエンジン回転速度Ｎeに対応するマップを選択した上で、そのマップに基づき時間差Δｔからベースリタード量を算出する（リタード量算出手段）。
【００３６】
図４に示すマップでは、時間差Δｔが所定値Δｔ0以下の領域ではベースリタード量として０が算出され、所定値Δｔ0を超えた領域では時間差Δｔが大であるほど、増加側のベースリタード量が算出されるようになっている。
但し、全体的に時間差Δｔの増加に応じてベースリタード量を増加させる特性であれば、マップの特性はこれに限るものではなく任意に変更可能であり、例えば所定値Δｔ0以下の不感帯を廃止して、時間差Δｔ=0から比例関係で時間差Δｔの増加に応じてベースリタード量を増加させてもよい。
【００３７】
また、本実施形態ではエンジン１の回転領域を1000rpm刻みで区分した４種のマップを設定しているが、これに限るものではなく任意に変更可能である。また、エンジン１の回転領域に代えてエンジン１の負荷領域に応じたマップを設定してもよく、例えば図中に括弧書きで示すように負荷領域を20%刻みで区分した４種のマップを設定してもよい。これらの点は、以下に述べる全てのマップについても同様である。
【００３８】
これと並行してＥＣＵ２１は補正係数ｋ1，ｋ2の算出処理を実行する。まず、EGR弁の開度及びその前後差圧等から現在のエンジン１のEGR率を算出すると共に、エアフローセンサにより検出された吸気量ｑvや燃料噴射弁１１の噴射量等から現在のエンジン１の空燃比A/Fを算出する。
ＥＣＵ２１の記憶装置には、予め図５に示すEGR率と補正係数ｋ1（≧1.0）との関係を設定したマップ、及び図６示す空燃比A/Fと補正係数ｋ2（≧1.0）との関係を設定したマップがエンジン１の回転領域毎に記憶されており、ＥＣＵ２１は現在のエンジン回転速度Ｎeに対応するマップを選択した上で、そのマップに基づきEGR率から補正係数ｋ1を、空燃比A/Fから補正係数ｋ2を算出する。
【００３９】
図５に示すマップでは、EGR率が大であるほど増加側の補正係数ｋ1が算出され、図６に示すマップでは、空燃比A/Fがリーン側であるほど増加側の補正係数ｋ2が算出されるようになっている。
これと並行してＥＣＵ２１は補正係数ｋ3の算出処理を実行する。基本的に次サイクルへの未燃燃料の持越し量は、筒内への投入熱量Ｑinと筒内での発生熱量Ｑoutとの差として表される。投入熱量Ｑinは燃料噴射量から算出し、発生熱量Ｑoutは筒内圧センサ３３により検出された筒内圧から算出し、その熱量差ΔＱ（＝Ｑin−Ｑout）に基づき、未燃燃料の持ち越し量と相関する値として補正係数ｋ3を算出する（熱量差算出手段）。
【００４０】
そのためにＥＣＵ２１の記憶装置には、予め燃料噴射量と投入熱量Ｑinとの関係を設定した図示しないマップ、及び筒内圧と発生熱量Ｑoutとの関係を設定した図示しないマップがエンジン１の回転領域毎に記憶されると共に、図７に示す熱量差ΔＱと補正係数ｋ3（≧1.0）との関係を設定したマップがエンジン１の回転領域毎に記憶されている。ＥＣＵ２１は現在のエンジン回転速度Ｎeに対応する各マップを選択した上で、それらのマップに基づき燃料噴射量から投入熱量Ｑinを、筒内圧から発生熱量Ｑoutを算出した上で、それらの熱量差ΔＱから補正係数ｋ3を算出する。
【００４１】
図７に示すマップでは、投入熱量Ｑinと発生熱量Ｑoutとの熱量差ΔＱが大であるほど、換言すると次サイクルへの未燃燃料の持越し量が大であるほど、増加側の補正係数ｋ3が算出されるようになっている。
以上の各処理を終えた後に、ＥＣＵ２１は最終的なリタード量の算出処理として、ベースリタード量に各補正係数ｋ1〜ｋ3を乗算して次サイクルの点火時期に対するリタード量を算出する（EGR対応補正手段、空燃比対応補正手段、熱量差対応補正手段）。次サイクルの点火制御では、通常通りに求められた点火時期をリタード量相当だけリタードさせて点火を実行する（点火リタード制御手段）。
【００４２】
このような所定気筒に対する処理と並行して、ＥＣＵ２１は同一処理を他の気筒に対しても実行している。
次いで、以上のように設定されたベースリタード量及び各補正係数ｋ1〜ｋ3に基づく点火時期の制御状況について説明する。
ベースリタード量は、吸気側及び排気側光センサ３１，３２の検出タイミングの時間差Δｔが所定値Δｔ0以下の領域では０が算出され、所定値Δｔ0を超えると時間差Δｔが大であるほど増加側に設定される。時間差Δｔが所定値Δｔ0以下のときには、吸排気間の火炎伝播の偏りが少なくて吸気側への火炎面の進行遅れが軽微であるため、燃焼状態の悪化による次サイクルへの未燃燃料の持越し量が少ないと推測される。よって、次サイクルでの点火時期のリタードは必要なく、無用なリタードによる燃焼状態の悪化を防止できる。
【００４３】
また、時間差Δｔが所定値Δｔ0を超えて大になるほど、吸排気間の火炎伝播の偏りが大きく吸気側への火炎面の進行遅れが重篤なものになり、燃焼状態の悪化による次サイクルへの未燃燃料の持越し量が増加する。未燃燃料の持越し量が大であるほど増加側のリタード量が設定されるため、結果として次サイクルでは、ノッキングを防止可能な過不足のないリタード量により点火時期がリタードされる。
【００４４】
結果として、あるサイクルで火炎伝播の偏りが生じて燃焼状態が悪化したとしても、次サイクルでは点火時期を適切にリタードすることにより、極力良好な燃焼状態を保った上でノッキングを未然に回避することができる。
また、補正係数ｋ1はEGR率が大であるほど増加側に設定され、補正係数ｋ2は空燃比A/Fがリーン側であるほど増加側に設定される。EGR率が大であるほど、或いは空燃比A/Fがリーン側であるほど、筒内へのEGRガスや新気の導入量が増加して火炎伝播中の吸気流動が激しくなる。この傾向も次サイクルへの未燃燃料の持越し量を増加させる要因になるが、それに応じて補正係数ｋ1，ｋ2が増加側に設定されてベースリタード量が増加補正される。
【００４５】
次サイクルへの未燃燃料の持越し量に対するEGR率や空燃比A/Fによる影響は、光センサ３１，３２の検出タイミングの時間差Δｔだけでは推し量れない部分があるが、それらの影響が補正係数ｋ1，ｋ2を介してリタード量に反映される。従って、EGR率や空燃比A/Fに関わらず、次サイクルへの未燃燃料の持越し量に対応する正確なリタード量を設定でき、より高精度の点火時期のリタード制御を実現することができる。
【００４６】
また補正係数ｋ3は、投入熱量Ｑinと発生熱量Ｑoutとの熱量差ΔＱが大であるほど増加側に設定される。熱量差ΔＱは次サイクルへの未燃燃料の持越し量と直接的に相関する指標であり、熱量差ΔＱが大であるほど未燃燃料の持越し量が多いと見なせる。この熱量差ΔＱが補正係数ｋ3を介してリタード量に反映されるため、次サイクルへの未燃燃料の持越し量に対応する正確なリタード量を設定でき、より高精度の点火時期のリタード制御を実現することができる。
【００４７】
そして、このように燃焼変動率の増加を抑制してノッキングを確実に回避できることは、ノッキングを抑止可能な上限の筒内圧が高まることを意味する。従って、エンジン仕様を決定する際に高い筒内圧を設定でき、これによりエンジン性能の向上を達成することができる。
なお、補正係数ｋ1，ｋ2，ｋ3によるベースリタード量の補正は、上記のように次サイクルでの点火時期のリタード制御の精度を高めるために有効ではあるが、必ずしも実行する必要はない。そこで、何れか或いは全ての補正係数ｋ1，ｋ2，ｋ3による補正処理を省略してもよい。
【００４８】
ところで本実施形態では、投入熱量Ｑinと発生熱量Ｑoutとの熱量差ΔＱ（＝補正係数ｋ3）をベースリタード量の補正に利用したが、これに限るものではなく、例えば次サイクルの点火時期をリタードするか否かの判断指標としてもよく、以下に別例として説明する。
［実施形態の別例］
まず、予め図８に示す熱量差ΔＱに応じて点火時期のリタードの許可・禁止を判定するマップをエンジン１の回転領域毎に設定しておく。熱量差ΔＱが所定値Δt0を超えた領域ではマップに基づき点火時期のリタードが許可され、所定値Δt0以下の領域ではマップに基づきリタードが禁止される。
【００４９】
そして、ＥＣＵ２１はマップに基づきリタードが許可された場合には、次サイクルの点火時期を火炎伝播の偏りに応じたリタード量（ベースリタード量×ｋ1×ｋ2）に基づきリタードさせる。またリタードが禁止された場合には、次サイクルでリタードすることなく通常通りに求められた点火時期に基づき点火制御を実行する（リタード許可・禁止手段）。
【００５０】
次サイクルでのノッキングは未燃燃料の持越し量に応じて発生し、その持越し量と直接的に相関する熱量差ΔＱに応じて次サイクルでの点火時期のリタードを適宜実行している。このため次サイクルへの未燃燃料の持越し量が大である場合には、火炎伝播の偏りに応じて確実に点火時期をリタードしてノッキングを防止できると共に、未燃燃料の持越し量が小である場合には、無用なリタードによる燃焼状態の悪化を防止することができる。
【００５１】
なお、この別例では、熱量差ΔＱに応じて点火時期のリタードを許可・禁止したが、筒内圧センサ３３により検出された筒内圧に基づきリタードを許可・禁止してもよい。例えば、筒内圧が所定値以下の場合には燃焼状態が悪化していることから、次サイクルで未燃燃料の持越しによるノッキングの可能性が高いと見なし、火炎伝播の偏りに応じたリタード量に基づき点火時期をリタードする。また、筒内圧が所定値を超えている場合には燃焼状態が良好なため、次サイクルでノッキングが生じないと見なし、リタードすることなく通常通りの点火制御を実行する。この場合でも、上記と同様の効果が得られる。
【００５２】
ところで、筒内には本来の燃焼による火炎面が発する光以外に、ピストン４や吸排気弁８，１０等に付着した燃料が燃えたときの光も発生する。火炎伝播の偏りは火炎面の進行から推し量るべき事象であるため、付着燃料が燃えたときの光は外乱として作用する。そこで、その対策として各光センサ３１，３２にフィルタを装着してもよく、以下に他の別例として説明する。
［実施形態の他の別例］
この他の別例は、火炎面が発する光と付着燃料が燃えたときの光との波長の相違に着目したものである。即ち、波長の相違に起因して、火炎面が発する光は青白い色を呈し、付着燃料が燃えたときの光はオレンジ色を呈する。そこで各光センサ３１，３２の検出端には、図示はしないが青白い色の光のみを通過させるフィルタが装着されている。
【００５３】
このため、筒内での燃焼により生じた全波長の光の中から、青白い色の光のみがフィルタを透過して光センサの検出端に入射し、オレンジ色の光はフィルタに遮断される。よって、火炎面が発する光のみが選択的に光センサ３１，３２で検出され、その検出タイミングは火炎面の進行に対してより正確に対応するものとなる。結果として、吸排気間の火炎伝搬の偏りに対してより正確に相関する時間差Δｔを算出でき、その時間差Δｔに基づき次サイクルでの点火時期のリタードを一層正確に実行することができる。
【００５４】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、エンジン１の全ての気筒に吸気側及び排気側光センサ３１，３２と筒内圧センサ３３とを設置し、それらの検出情報に基づき気筒毎に個別に点火時期のリタードを実行したが、これに限るものではない。
各気筒の筒内で順次生起される燃焼状態の格差、ひいては火炎伝播の偏りや筒内圧の格差は軽微なため、特定の気筒に吸気側及び排気側光センサ３１，３２と筒内圧センサ３３とを設置し、その検出情報から導出したリタード量に基づき後続する他の全気筒の点火時期をリタードしてもよい。このような構成も本発明に含まれるものとする。
【００５５】
また上記実施形態では、あるサイクルで火炎伝播の偏りが生じたときに、次サイクルでノッキング防止のために点火時期をリタードしたが、必ずしも次サイクルに限定されるものではない。例えばその気筒の次サイクルのみならず、さらに後続のサイクルの点火時期もリタードしてもよい。
また上記実施形態では、燃焼による火炎面が発する光を吸気側及び排気側光センサ３１，３２により検出し、その時間差Δｔを吸排気間の火炎伝播の偏りと見なしたが、本発明の吸気火炎検出手段及び排気火炎検出手段は、これに限るものではない。
【００５６】
例えば、電極間に火炎面が到達したときにイオン電流が流れる現象を利用したイオン電流センサを用いてもよく、このイオン電流センサを筒内の吸気側及び排気側に設置すれば、互いのイオン電流の検出タイミングに基づき、光センサ３１，３２と同様の時間差Δｔを求めることができる。また、火炎中において発生するOHラジカルやCHラジカルの自発光強度は、燃焼状態により変化するため、波長を選択可能な光学的フィルタを用いてその発光強度を計測し、火炎伝播の偏りを検出してもよい。つまり、吸気側の発光強度に比べて排気側の発光強度が強い場合は、吸排気間の火炎伝播の偏りがある見なすことができる。
【符号の説明】
【００５７】
１    エンジン
２１  ＥＣＵ（偏り推定手段、リタード量算出手段、点火リタード制御手段、時間差算
出手段、EGR対応補正手段、空燃比対応補正手段、熱量差算出手段、熱
量差対応補正手段、リタード許可・禁止手段）
３１  吸気側光センサ（偏り推定手段、吸気火炎検出手段）
３２  排気側光センサ（偏り推定手段、排気火炎検出手段）
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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