(57)【要約】【課題】ノッキングの発生をより確実に抑制する。【解決手段】圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間に含まれ且つ混合気の燃焼が開始する前の期間である第１期間中の筒内圧に基づいてノッキングの発生を予測する第１予測ステップと、圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間に含まれ且つ前記混合気の燃焼が開始した後の期間である第２期間中の筒内圧に基づいてノッキングの発生を予測する第２予測ステップとを含み、ＥＧＲ率が基準ＥＧＲ率未満のときは、第１予測ステップのみによってノッキングの発生を予測し、ＥＧＲ率が前記基準ＥＧＲ率以上のときは、少なくとも第２予測ステップによってノッキングの発生を予測する。ノッキングの発生が予測されると、冷媒を気筒２内に供給する。【選択図】図９
2019173702.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガソリンを含有する燃料と空気との混合気が燃焼する気筒と、当該気筒内の圧力である筒内圧を検出する検出手段とを含むエンジンを制御する方法であって、
前記検出手段により検出される筒内圧に基づいて、前記気筒内でのノッキングの発生を予測するノック予測工程と、
前記ノック予測工程でノッキングが発生すると予測された場合に、前記気筒内の温度を低下させるための冷媒を前記気筒に供給するノック抑制工程とを含み、
前記ノック予測工程は、
圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間に含まれ且つ前記混合気の燃焼が開始する前の期間である第１期間中の筒内圧に基づいてノッキングの発生を予測する第１予測ステップと、
圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間に含まれ且つ前記混合気の燃焼が開始した後の期間である第２期間中の筒内圧に基づいてノッキングの発生を予測する第２予測ステップとを含み、
前記気筒内の全ガス量に対する既燃ガス量の割合であるＥＧＲ率が所定の基準ＥＧＲ率未満のときは、前記第１予測ステップのみによってノッキングの発生を予測し、前記ＥＧＲ率が前記基準ＥＧＲ率以上のときは、少なくとも前記第２予測ステップによってノッキングの発生を予測する、ことを特徴とするエンジンの制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジンの制御方法において、
前記気筒の幾何学的圧縮比は１５以上且つ２０以下に設定されており、前記気筒の有効圧縮比は、当該気筒の幾何学的圧縮比以下で且つこの幾何学的圧縮比との差が２以内になるように設定されており、
前記基準ＥＧＲ率は、１０％以上且つ３０％以下に設定されている、ことを特徴とするエンジンの制御方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載のエンジンの制御方法において、
前記第１予測ステップでは、前記第１期間中に前記検出手段により検出された筒内圧に基づいて、前記第１期間の開始から終了までの熱発生率の増加量を算出し、算出した熱発生率の増加量が所定の基準増加量以上であるときに、ノッキングが発生すると予測する、ことを特徴とするエンジンの制御方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジンの制御方法において、
前記第２予測ステップでは、前記第２期間中に前記検出手段により検出された筒内圧に基づいて、前記第２期間の開始から終了までの筒内圧の上昇量を算出し、算出した筒内圧の上昇量が所定の基準圧力上昇量以上であるときに、ノッキングが発生すると予測する、ことを特徴とするエンジンの制御方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のエンジンの制御方法において、
前記第２期間は、１燃焼サイクル中に前記気筒内に生じる全熱発生量の２０％の熱量が発生したときに終了する期間である、ことを特徴とするエンジンの制御方法。
【請求項６】
ガソリンを含有する燃料と空気との混合気が燃焼する気筒と、当該気筒内の圧力である筒内圧を検出する検出手段とを含むエンジンにおいて生じるノッキングを検出する方法であって、
圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間に含まれ且つ前記混合気の燃焼が開始する前の期間である第１期間中に前記検出手段により検出される筒内圧に基づいて、ノッキングの発生を予測する第１予測ステップと、
圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間に含まれ且つ前記混合気の燃焼が開始した後の期間である第２期間中の筒内圧に基づいて、ノッキングの発生を予測する第２予測ステップとを含み、
前記気筒内の全ガス量に対する既燃ガス量の割合であるＥＧＲ率が所定の基準ＥＧＲ率未満のときは、前記第１予測ステップのみによってノッキングの発生を予測し、前記ＥＧＲ率が前記基準ＥＧＲ率以上のときは、少なくとも前記第２予測ステップによってノッキングの発生を予測する、ことを特徴とするエンジンのノック検出方法。
【請求項７】
ガソリンを含有する燃料と空気との混合気が燃焼する気筒を備えたエンジンの制御装置であって、
前記気筒内の圧力である筒内圧を検出する検出手段と、
前記気筒内の温度を低下させるための冷媒を前記気筒内へ供給する冷媒供給手段と、
前記冷媒供給手段を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間に含まれ且つ前記混合気の燃焼が開始する前の期間である第１期間中の筒内圧に基づいてノッキングの発生を予測する第１予測部と、
圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間に含まれ且つ前記混合気の燃焼が開始した後の期間である第２期間中の筒内圧に基づいてノッキングの発生を予測する第２予測部とを備え、
前記気筒内の全ガス量に対する既燃ガス量の割合であるＥＧＲ率が所定の基準ＥＧＲ率未満のときは、前記第１予測部のみによってノッキングの発生を予測し、前記ＥＧＲ率が前記基準ＥＧＲ率以上のときは、少なくとも前記第２予測部によってノッキングの発生を予測し、ノッキングの発生が予測された場合に、前記冷媒供給手段によって前記気筒内の温度を低下させるための冷媒を前記気筒に供給させる、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガソリンを含有する燃料と空気との混合気が燃焼する気筒を備えたエンジンの制御方法、ノック検出方法および制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンの分野では、ノッキングが発生するのを防止するために種々の検討が行われている。ノッキングは、エンジン負荷が高く燃焼室内の温度が高い条件下において、燃焼室の外周部等で局所的に燃料と空気との混合気が自着火して燃焼室内の圧力が急上昇する現象である。ノッキングが生じると、騒音が増大するとともにピストン等の損傷を招くおそれがある。そのため、ノッキングを防止することが求められている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、エンジン本体にノッキングを検出するためのノックセンサを設け、ノックセンサでノッキングが検出されると、点火時期を遅角させる、あるいは、燃焼室内の空燃比をリーンにするエンジンが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２９１７５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の構成では、ノックセンサによってノッキングが検出されて、その後にノッキングを防止するための制御が実施される。そのため、ノッキングの発生を充分に抑制することができないという問題がある。
【０００６】
本発明は、前記のような事情に鑑みてなされたものであり、ノッキングをより確実に抑制することが可能なエンジンの制御方法、ノック検出方法、およびエンジン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】
【０００７】
前記課題を解決するために、本願発明者らは、まず、圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間に含まれ且つ混合気の燃焼が開始した後の気筒（燃焼室）内の圧力に着目した。そして、この圧力に基づいてノッキングが生じるか否かを判定できる（ノッキングの発生を予測できる）ことを突き止めた。しかし、混合気の燃焼が開始してからノッキングが生じるまでの時間は短い。そのため、エンジン回転数等によっては、混合気の燃焼が開始した後にノッキングが生じると判定できても（ノッキングの発生を予測できても）、ノッキングを回避するための操作に必要な時間を確保できないおそれがある。
【０００８】
これに対して、本願発明者らは、鋭意研究の結果、混合気の燃焼が開始する前に生じる低温酸化反応に着目し、低温酸化反応が生じたときは、その後、ノッキングが生じる可能性が非常に高いことを突き止めた。
【０００９】
低温酸化反応とは、冷却損失を上回るわずかな発熱を伴う反応であり、燃焼室内の温度が高いときに、酸素ラジカル等によって、燃料を構成する炭化水素から水素が引き抜かれることで開始する。従って、低温酸化反応が生じたということは燃焼室内の温度が高いということであり、低温酸化反応が生じたときは、燃焼室内の温度が高いことに伴ってその後ノッキングも生じやすくなる。低温酸化反応は、火炎を生じさせながら高い熱エネルギーを発する反応である高温酸化反応が開始される前、つまり、混合気の燃焼が開始される前に生じる。
【００１０】
このように低温酸化反応は混合気の燃焼が開始する前であってノッキングが生じる時期よりも十分に早い時期に生じる。従って、低温酸化反応が生じたか否かに基づいてノッキングの発生を予測すれば、ノッキングが発生する時期に対して十分に早い時期にこの予測が可能になる。
【００１１】
これより、本願発明者らは、低温酸化反応が生じたか否かに基づいてノッキングの発生を予測する方法を検討した。その結果、低温酸化反応が生じれば非常に高い確率でノッキングが生じるものの、燃焼室内の全ガス量に対する既燃ガスの量の割合であるＥＧＲ率が高いときは低温酸化反応が生じないにも関わらずノッキングが発生するという知見を得た。これは、ＥＧＲ率が高いときは、ノッキングが生じる程度に燃焼室内の温度が高くても、既燃ガスが酸素ラジカルと炭化水素との接触を阻害することで低温酸化反応が開始しないためと考えられる。
【００１２】
本発明は、以上の知見に基づいてなされたものであり、ガソリンを含有する燃料と空気との混合気が燃焼する気筒と、当該気筒内の圧力である筒内圧を検出する検出手段とを含むエンジンを制御する方法であって、前記検出手段により検出される筒内圧に基づいて、前記気筒内でのノッキングの発生を予測するノック予測工程と、前記ノック予測工程でノッキングが発生すると予測された場合に、前記気筒内の温度を低下させるための冷媒を前記気筒に供給するノック抑制工程とを含み、前記ノック予測工程は、圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間に含まれ且つ前記混合気の燃焼が開始する前の期間である第１期間中の筒内圧に基づいてノッキングの発生を予測する第１予測ステップと、圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間に含まれ且つ前記混合気の燃焼が開始した後の期間である第２期間中の筒内圧に基づいてノッキングの発生を予測する第２予測ステップとを含み、前記気筒内の全ガス量に対する既燃ガス量の割合であるＥＧＲ率が所定の基準ＥＧＲ率未満のときは、前記第１予測ステップのみによってノッキングの発生を予測し、前記ＥＧＲ率が前記基準ＥＧＲ率以上のときは、少なくとも前記第２予測ステップによってノッキングの発生を予測する、ことを特徴とする。
【００１３】
この方法によれば、ノッキングの発生をより早期に且つ確実に予測することができる。
【００１４】
具体的には、第１予測ステップでは、圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間に含まれ、且つ、混合気の燃焼が開始する前の期間である第１期間中の筒内圧に基づいてノッキングの発生が予測されるようになっており、この第１予測ステップの実施によって、低温酸化反応が生じたか否かに基づいてノッキングの発生を予測することができる。つまり、低温酸化反応は、圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間に含まれ、且つ、混合気の燃焼が開始する前の期間である第１期間に生じることが分かっている。そして、低温酸化反応は前記のように発熱反応であるため、低温酸化反応が生じれば筒内圧が変化する。従って、第１予測ステップによれば、低温酸化反応が生じたか否かの判定に基づいてノッキングの予測を早期に行える。
【００１５】
また、第２予測ステップでは、圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間に含まれ、且つ、混合気の燃焼が開始した後の期間である第２期間中の筒内圧に基づいてノッキングの発生が予測されることで、ノッキングの発生を精度よく予測することができる。
【００１６】
そして、本発明では、ＥＧＲ率が基準ＥＧＲ率未満と低く低温酸化反応が生じるとノッキングがほぼ確実に生じるときに前記第１予測ステップを実施していることで、早期に且つ精度よくノッキングの発生を予測できる。また、ＥＧＲ率が基準ＥＧＲ率以上と高く低温酸化反応が生じないときでもノッキングが生じる場合のあるときに第２予測ステップを実施していることで、精度よくノッキングの発生を予測できる。従って、ＥＧＲ率が高いときと低いときとのいずれにおいても、ノッキングの発生を精度よく予測できる。また、ＥＧＲ率が基準ＥＧＲ率未満と低く第１予測ステップのみによってノッキングの発生を精度よく予測できるときに、第２予測ステップの実施を省略していることで、ノッキングの発生を精度よく予測しつつ、実施されるステップ数を少なく抑えることができる。
【００１７】
さらに、本発明では、ノッキングの発生が予測されると気筒内に冷媒を供給するノック抑制工程を実施している。そのため、ノッキングが発生すると予測されたときに冷媒によって気筒内の温度を低下させて、予測されたノッキングの発生を回避することができる。
【００１８】
ここで、気筒の幾何学的圧縮比が１５以上且つ２０以下に設定されており、気筒の有効圧縮比が、幾何学的圧縮比以下で且つこの幾何学的圧縮比との差が２以内になるように設定されたエンジンにおいて、ＥＧＲ率が１０％以上且つ３０％以下の値未満であれば、低温酸化反応が生じたときに、その後、ほぼ確実にノッキングが生じることが分かっている。
【００１９】
従って、前記構成は、前記気筒の幾何学的圧縮比は１５以上且つ２０以下に設定されており、前記気筒の有効圧縮比は、当該気筒の幾何学的圧縮比以下で且つこの幾何学的圧縮比との差が２以内になるように設定されており、前記基準ＥＧＲ率は、１０％以上且つ３０％以下に設定されているエンジンに適用されたエンジンに適用されるのが好ましい（請求項２）。
【００２０】
前記構成において、前記第１予測ステップでは、前記第１期間中に前記検出手段により検出された筒内圧に基づいて、前記第１期間の開始から終了までの熱発生率の増加量を算出し、算出した熱発生率の増加量が所定の基準増加量以上であるときに、ノッキングが発生すると予測する、のが好ましい（請求項３）。
【００２１】
この構成によれば、熱発生率の増加量に基づいて、低温酸化反応が生じたか否かを精度よく判定してノッキングが発生するか否かを精度よく予測できる。
【００２２】
また、前記第２期間中の筒内圧の上昇速度が高いときは、ノッキングが生じやすいことが分かっている。
【００２３】
これより、前記構成において、前記第２予測ステップでは、前記第２期間中に前記検出手段により検出された筒内圧に基づいて、前記第２期間の開始から終了までの筒内圧の上昇量を算出し、算出した筒内圧の上昇量が所定の基準圧力上昇量以上であるときに、ノッキングが発生すると予測する、のが好ましい（請求項４）。
【００２４】
このようにすれば、第２予測ステップにおいて、ノッキングの発生をより精度よく予測できる。
【００２５】
前記構成において、前記第２期間は、１燃焼サイクル中に前記気筒内に生じる全熱発生量の２０％の熱量が発生したときに終了する期間である、のが好ましい（請求項５）。
【００２６】
この構成によれば、第２予測ステップにおいても、早期にノッキングの発生を予測することができる。
【００２７】
また、本発明は、ガソリンを含有する燃料と空気との混合気が燃焼する気筒と、当該気筒内の圧力である筒内圧を検出する検出手段とを含むエンジンにおいて生じるノッキングを検出する方法であって、圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間に含まれ且つ前記混合気の燃焼が開始する前の期間である第１期間中に前記検出手段により検出される筒内圧に基づいて、ノッキングの発生を予測する第１予測ステップと、圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間に含まれ且つ前記混合気の燃焼が開始した後の期間である第２期間中の筒内圧に基づいて、ノッキングの発生を予測する第２予測ステップとを含み、前記気筒内の全ガス量に対する既燃ガス量の割合であるＥＧＲ率が所定の基準ＥＧＲ率未満のときは、前記第１予測ステップのみによってノッキングの発生を予測し、前記ＥＧＲ率が前記基準ＥＧＲ率以上のときは、少なくとも前記第２予測ステップによってノッキングの発生を予測する、ことを特徴とするエンジンのノック検出方法を提供する（請求項６）。
【００２８】
この方法によれば、より早期に且つ精度よくノッキングの発生を予測することができる。
【００２９】
また、本発明は、ガソリンを含有する燃料と空気との混合気が燃焼する気筒を備えたエンジンの制御装置であって、前記気筒内の圧力である筒内圧を検出する検出手段と、前記気筒内の温度を低下させるための冷媒を前記気筒内へ供給する冷媒供給手段と、前記冷媒供給手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間に含まれ且つ前記混合気の燃焼が開始する前の期間である第１期間中の筒内圧に基づいてノッキングの発生を予測する第１予測部と、圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間に含まれ且つ前記混合気の燃焼が開始した後の期間である第２期間中の筒内圧に基づいてノッキングの発生を予測する第２予測部とを備え、前記気筒内の全ガス量に対する既燃ガス量の割合であるＥＧＲ率が所定の基準ＥＧＲ率未満のときは、前記第１予測部のみによってノッキングの発生を予測し、前記ＥＧＲ率が前記基準ＥＧＲ率以上のときは、少なくとも前記第２予測部によってノッキングの発生を予測し、ノッキングの発生が予測された場合に、前記冷媒供給手段によって前記気筒内の温度を低下させるための冷媒を前記気筒に供給させる、ことを特徴とするエンジンの制御装置を提供する（請求項７）。
【００３０】
この構成によっても、実施される工程の数を少なく抑えつつ、ＥＧＲ率が高いときと低いときの両方においてノッキングの発生を精度よく予測できるとともに、ノッキングの発生を確実に防止することができる。
【発明の効果】
【００３１】
以上説明したように、本発明によれば、ノッキングの発生をより確実に抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態にかかるエンジンシステムの構成を示した図である。
【図２】エンジンの制御系統を示すブロック図である。
【図３】制御マップを示した図である。
【図４】高負荷領域における燃料の噴射タイミングと点火タイミングと熱発生率の一例を示した図である。
【図５】ノッキングが発生したときと発生しなかったときとの筒内圧の変化を比較して示した図である。
【図６】ノッキングが発生したときと発生しなかったときとの熱発生率の変化を比較して示した図である。
【図７】図６の拡大図である。
【図８】低温酸化反応が生じる領域を示したマップである。
【図９】ノック判定およびノック回避制御の流れを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
（１）エンジンの全体構成
図１は、本発明のエンジンの制御装置が適用されるエンジンシステムの構成を示す図である。本実施形態のエンジンシステムは、４ストロークのエンジン本体１と、エンジン本体１に燃焼用の空気を導入するための吸気通路２０と、エンジン本体１で生成された排気を排出するための排気通路３０とを備える。
【００３４】
エンジン本体１は、例えば、４つの気筒２が図１の紙面と直交する方向に直列に配置された直列４気筒エンジンである。このエンジンシステムは車両に搭載され、エンジン本体１は車両の駆動源として利用される。本実施形態では、エンジン本体１は、ガソリンを含む燃料の供給を受けて駆動される。なお、燃料は、バイオエタノール等を含むガソリンであってもよい。
【００３５】
エンジン本体１は、気筒２が内部に形成されたシリンダブロック３と、シリンダブロック３の上面に設けられたシリンダヘッド４と、気筒２に往復動（上下動）可能に嵌装されたピストン５とを有する。
【００３６】
ピストン５の上方には燃焼室６が形成されている。燃焼室６はいわゆるペントルーフ型であり、シリンダヘッド４の下面で構成される燃焼室６の天井面は吸気側および排気側の２つの傾斜面からなる三角屋根状をなしている。ピストン５の冠面には、その中心部を含む領域をシリンダヘッド４とは反対側（下方）に凹ませたキャビティが形成されている。なお、ここでは、ピストン５の位置や混合気の燃焼状態によらず気筒２の内側空間のうちピストン５の冠面と燃焼室６の天井面との間の空間を、燃焼室６という。
【００３７】
エンジン本体１の幾何学的圧縮比、つまり、ピストン５が下死点にあるときの燃焼室６の容積とピストン５が上死点にあるときの燃焼室６の容積との比は、１５以上２０以下（例えば１７程度）に設定されている。
【００３８】
シリンダヘッド４には、吸気通路２０から供給される空気を気筒２（燃焼室６）内に導入するための吸気ポート９と、気筒２内で生成された排気を排気通路３０に導出するための排気ポート１０とが形成されている。これら吸気ポート９と排気ポート１０とは、気筒２毎にそれぞれ２つずつ形成されている。
【００３９】
シリンダヘッド４には、各吸気ポート９の気筒２側の開口をそれぞれ開閉する吸気弁１１と、各排気ポート１０の気筒２側の開口をそれぞれ開閉する排気弁１２とが設けられている。
【００４０】
本実施形態では、吸気弁１１の開閉時期は、気筒２の有効圧縮比と幾何学的圧縮比との差が２以下となるように設定されている。つまり、本実施形態では、気筒２の有効圧縮比は気筒２の幾何学的圧縮比以下で、これとの差が２以下となるように設定されている。
【００４１】
シリンダヘッド４には、燃料を噴射するインジェクタ１４が設けられている。インジェクタ１４は、噴射口が形成された先端部が燃焼室６の天井面の中央付近に位置して燃焼室６の中央を臨むように取り付けられている。インジェクタ１４は、その先端に複数の噴口を有し、燃焼室の天井面の中央付近からピストン５の冠面に向かって、気筒２の中心軸を中心としたコーン状（詳しくはホローコーン状）に燃料を噴射するように構成されている。コーンのテーパ角（噴霧角）は、例えば９０°〜１００°である。なお、インジェクタ１４の具体的な構成はこれに限らず、単噴口のものであってもよい。
【００４２】
インジェクタ１４は、不図示の高圧ポンプから圧送された燃料を燃焼室６内に噴射する。インジェクタ１４の噴射圧は、エンジン負荷が高くノッキングが発生しやすい領域では、３０ＭＰａ以上に高められ、インジェクタ１４から高圧で燃料が噴射される。なお、この噴射圧は、最大で７０ＭＰａ程度まで高められるのが好ましい。この場合は、エンジン前記の荷域において３０ＭＰａ〜７０Ｍａの範囲の噴射圧で燃料が噴射される。
【００４３】
シリンダヘッド４には、燃焼室６内の混合気を点火するための点火プラグ１３が設けられている。点火プラグ１３の先端には、火花を放電して混合気を点火し混合気に点火エネルギーを付与する電極が形成されている。点火プラグ１３は、その先端が燃焼室６の天井面の中央付近に位置して燃焼室６の中央を臨むように配置されている。
【００４４】
吸気通路２０には、上流側から順に、エアクリーナ２１と、吸気通路２０を開閉するためのスロットルバルブ２２とが設けられている。本実施形態では、エンジンの運転中、スロットルバルブ２２は基本的に全開もしくはこれに近い開度に維持されており、エンジンの停止時等の限られた運転条件のときにのみ閉弁されて吸気通路２０を遮断する。
【００４５】
排気通路３０には、排気を浄化するための浄化装置３１が設けられている。浄化装置３１は、例えば、三元触媒を内蔵している。
【００４６】
排気通路３０には、排気通路３０を通過する排気つまり既燃ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路２０に還流するためのＥＧＲ装置４０が設けられている。ＥＧＲ装置４０は、吸気通路２０のうちスロットルバルブ２２よりも下流側の部分と排気通路３０のうち浄化装置３１よりも上流側の部分とを連通するＥＧＲ通路４１、および、ＥＧＲ通路４１を開閉するＥＧＲバルブ４２を有する。また、本実施形態では、ＥＧＲ通路４１に、これを通過するＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ４３が設けられており、ＥＧＲガスはＥＧＲクーラ４３にて冷却された後吸気通路２０に還流される。
【００４７】
（２）制御系統
（２−１）システム構成
図２は、エンジンの制御系統を示すブロック図である。本実施形態のエンジンシステムは、ＰＣＭ（パワートレイン・コントロール・モジュール、制御手段）１００によって統括的に制御される。ＰＣＭ１００は、周知のとおり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されるマイクロプロセッサである。
【００４８】
車両には各種センサが設けられており、ＰＣＭ１００はこれらセンサと電気的に接続されている。例えば、シリンダブロック３には、エンジン回転数を検出するクランク角センサＳＮ１が設けられている。また、吸気通路２０には、これを通って各気筒２に吸入される空気量を検出するエアフローセンサＳＮ２が設けられている。また、シリンダヘッド４には、燃焼室６（気筒２）内の圧力である筒内圧を検出する筒内圧センサＳＮ３が設けられている。筒内圧センサＳＮ３は、各気筒２にそれぞれ１つずつ設けられている。また、排気通路３０には、排気通路３０を流通する排気ガスの酸素濃度である排気酸素濃度を検出するための排気Ｏ２センサＳＮ４が設けられている。また、車両には、運転者により操作される図外のアクセルペダルの開度（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサＳＮ５が設けられている。なお、本実施形態では、筒内圧センサＳＮ３が、請求項における検出手段である。
【００４９】
ＰＣＭ１００は、これらセンサＳＮ１〜ＳＮ５等からの入力信号に基づいて種々の演算を実行して、点火プラグ１３、インジェクタ１４、スロットルバルブ２２、ＥＧＲバルブ４２等のエンジンの各部を制御する。
【００５０】
ＰＣＭ１００は、後述する第１ノック判定ステップを実施する第１予測部１０１と、後述する第２ノック判定ステップを実施する第２予測部１０２とを機能的に備える。
【００５１】
（２−２）基本制御
図３は、横軸をエンジン回転数、縦軸をエンジン負荷とした制御マップである。
【００５２】
本実施形態では、エンジン負荷が予め設定された第１基準負荷Ｔｑ１未満であってノッキングが生じ難い低負荷領域Ｂと、エンジン負荷が基準負荷Ｔｑ１以上でありノッキングが生じやすい高負荷領域Ａとが設定されている。高負荷領域Ａでは、ノッキングの発生を抑制するべく、後述するノック判定制御（ノック予測工程）が行われてノッキングが発生するか否かが判定（予測）され、この判定結果に応じて適宜ノッキングの発生を回避するためのノック回避制御（ノック抑制工程）が実施される。本実施形態では、前記のように、エンジン本体１の幾何学的圧縮比が１５以上に設定されており、燃焼室６内の温度が非常に高い温度にまで高められる。従って、特にノッキングが生じやすい。
【００５３】
なお、本実施形態では、エンジン回転数が基準回転数Ｎ１未満の領域（領域Ａ１および領域Ｂ１）では、点火アシストによる圧縮自着火燃焼（ＳＰＣＣＩ燃焼、ＳＰＣＣＩ：ＳＰａｒｋ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ  Ｉｇｎｉｔｉｏｎ）が実施される。圧縮自着火燃焼では、まず、圧縮上死点（ＴＤＣ）よりも前にインジェクタ１４から燃焼室６内に燃料が噴射される。この燃料は圧縮上死点付近までに空気と混合する。燃焼室６に形成されたこの混合気に、圧縮上死点付近において点火プラグ１３から放電が行われる。これにより、点火プラグ１３周りの混合気が強制的に着火される。そして、点火プラグ１３周りから周囲に火炎が伝播していき、周囲の混合気が昇温されて自着火する。
【００５４】
一方、エンジン回転数が基準回転数Ｎ１以上の領域（領域Ａ２および領域Ｂ２）では、混合気を所望の時期に自着火させることが困難になるため、通常のガソリンエンジンにおいて採用されるＳＩ燃焼（火花点火燃焼、ＳＩ：Ｓｐａｒｋ  Ｉｇｎｉｔｉｏｎ）が実施される。ＳＩ燃焼は、混合気のほぼ全体を火炎伝播によって燃焼させる燃焼形態であり、圧縮上死点付近において点火プラグ１３から放電が行われて、点火プラグ１３周りの混合気が強制的に着火される。そして、点火プラグ１３周りから周囲に火炎が伝播していき、残りの混合気が火炎伝播によって強制的に燃焼する。
【００５５】
（２−３）ノック回避制御（ノック抑制工程）
次に、高負荷領域Ａにて実施されるノック回避制御（ノック抑制工程）について図４を用いて説明する。
【００５６】
本実施形態では、ノック回避制御として、混合気の燃焼が開始した後、混合気を冷却するための冷媒としての燃料をインジェクタ１４から燃焼室６内に噴射させる制御を実施する。
【００５７】
図４は、高負荷領域ＡのうちＳＩ燃焼が実施される領域（Ａ２）における燃料の噴射タイミングと点火タイミングと熱発生率の一例を示した図である。図４の実線に示すように、例えば、この領域では、ノック回避制御が実施されない通常時は、吸気行程の後期に１回だけ燃料噴射Ｑ１が実施される。そして、圧縮上死点の近傍において（図７の例では圧縮上死点で）点火プラグ１３により混合気に点火が行われる。燃料噴射Ｑ１は、要求されるエンジントルクを実現するためのメイン噴射であり、この噴射量は、基本的に、エンジントルクの要求値に対応する量とされる。
【００５８】
これに対して、ノック回避制御が実施されたときは、図４の破線に示すように、メイン噴射Ｑ１に係る燃料の燃焼が開始した後に、追加噴射Ｑ２が実施される。なお、この燃焼は、後述するように、高温酸化反応のことであり、追加噴射Ｑ２は高温酸化反応が開始した後に実施される。
【００５９】
燃焼中の混合気に対して燃料が噴射されると、混合気の温度は低下し、ノッキングの発生は抑制される。特に、本実施形態では、高圧で燃料が噴射されることでノッキングの発生が効果的に抑制される。具体的には、ノッキングは、燃焼室６内において局所的に混合気が高温となることで発生する。これに対して、本実施形態では、混合気に高圧で燃料が噴射されるため、混合気を撹拌することができ局所的な高温場を消滅させることができる。
【００６０】
また、本願発明者らは、この追加噴射Ｑ２を、メイン噴射Ｑ１によって生じる全熱発生量のうちの２０％程度の量の熱発生が生じたときに実施すると、最も効果的にノッキングの発生を抑制することができることを突き止めた。これより、追加噴射Ｑ２の実施時期は、基本的に、メイン噴射Ｑ１によって生じる全熱発生量のうちの２０％程度の量の熱発生が生じたとき（以下、適宜、最適追加噴射時期という）とされる。
【００６１】
追加噴射Ｑ２の量は、メイン噴射Ｑ１の量に比べて十分に少なく設定されている。本実施形態では、追加噴射Ｑ２の量は、メイン噴射Ｑ１の噴射量と追加噴射Ｑ２の噴射量とを合わせた量つまり１燃焼サイクルで燃焼室６に噴射される燃料の総量の１０％以下の量に設定されている。例えば、追加噴射Ｑ２の量は、燃料の総量の５％程度に設定されている。
【００６２】
このように、本実施形態では、混合気を冷却する冷媒として燃料が用いられ、インジェクタ１４が、冷媒を燃焼室６に供給する冷媒供給手段として機能する。
【００６３】
（２−４）ノック判定制御（ノック検出方法、ノック予測工程）
高負荷領域Ａにて実施されるノック判定制御（ノック予測工程）について説明する。
【００６４】
本実施形態では、第１ノック判定ステップ（第１予測ステップ）と第２ノック判定ステップ（第２予測ステップ）とが実施されて、これら判定ステップでの判定結果に基づいてノッキングが発生するか否かが判定される（つまり、ノッキングの発生が予測される）。
【００６５】
本実施形態および請求項において、ノッキングが発生するというのは、ノッキングが厳密に発生するということに限らず、ノック強度がエンジンの信頼性の観点から許容される許容値よりも高いということも含む。なお、ノック強度とは、筒内圧波形に含まれる所定の周波数以上の波形の振幅の最大値である。
【００６６】
（第２ノック判定ステップ）
図５は、クランク角に対する筒内圧の変化を示した図である。図５の実線は、ノッキングが生じたときの筒内圧、破線は、ノッキングが生じなかったときの筒内圧である。この図に示されるように、燃焼が開始したクランク角ＣＡ１以降、筒内圧は上昇していく。そして、ノッキングが生じたときは、クランク角ＣＡ１以降においてノッキングが生じなかったときよりも筒内圧が早い速度で上昇する。
【００６７】
このように、ノッキングが生じるときは、燃焼が開始した後の筒内圧の上昇速度が高い。これより、第２ノック判定ステップでは、燃焼が開始した後の筒内圧の上昇速度が高いときはノッキングが生じると判定する。
【００６８】
具体的には、圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間に含まれ且つ混合気の燃焼が開始した後の期間である第２期間中の筒内圧の上昇量、つまり、燃焼が開始した直後の筒内圧の上昇速度が、予め設定された基準圧力上昇量以上のときに、ノッキングが生じると判定する。
【００６９】
なお、本明細書および請求項において、圧縮行程後期とは、圧縮上死点前６０°ＣＡから圧縮上死点までの期間をいい、膨張行程初期とは圧縮上死点から圧縮上死点後６０°ＣＡまでの期間をいう。
【００７０】
ＰＣＭ１００は、前記第２期間に含まれる第１クランク角での筒内圧を読み込む。また、ＰＣＭ１００は、前記第２期間に含まれるクランク角であって第１クランク角よりも遅角側の第２クランク角での筒内圧を読み込む。そして、ＰＣＭ１００は、第２クランク角において、第１クランク角での筒内圧に対する第２クランク角での筒内圧の上昇量を算出する。
【００７１】
また、ＰＣＭ１００は、前記第２期間に含まれるクランク角であって第１クランク角よりも遅角側の第３クランク角での筒内圧を読み込む。また、ＰＣＭ１００は、前記第２期間に含まれるクランク角であって第３クランク角よりも遅角側の第４クランク角での筒内圧を読み込む。そして、ＰＣＭ１００は、第４クランク角において、第３クランク角での筒内圧に対する第４クランク角での筒内圧の上昇量を算出する。
【００７２】
その後、第１クランク角での筒内圧に対する第２クランク角での筒内圧の上昇量（以下、適宜、第１筒内圧上昇量という）が基準圧力上昇量以上である、且つ、第３クランク角での筒内圧に対する第４クランク角での筒内圧の上昇量（以下、適宜、第２筒内圧上昇量という）が基準圧力上昇量以上のときに、ノッキングが生じると判定する。一方、第１クランク角での筒内圧に対する第２クランク角での筒内圧の上昇量が基準圧力上昇量未満、または、第３クランク角での筒内圧に対する第４クランク角での筒内圧の上昇量が基準圧力上昇量未満のときは、ノッキングが生じないと判定する。
【００７３】
基準圧力上昇量は、ノッキングが生じないときの前記の筒内圧の上昇量の最大値であり、予め設定されてＰＣＭ１００に記憶されている。例えば、基準圧力上昇量は、エンジン回転数とエンジン負荷とに応じてマップで設定されて記憶されており、ＰＣＭ１００は、このマップから現在のエンジン回転数とエンジン負荷とに対応する基準圧力上昇量を抽出して、前記の筒内圧の上昇量と比較する。なお、本実施形態では、第１筒内圧上昇量と比較する基準圧力上昇量と、第２筒内圧上昇量と比較する基準圧力上昇量とは同一の値に設定されているが、これらは異なっていてもよい。
【００７４】
第１クランク角〜第４クランク角は、予め設定されてＰＣＭ１００に記憶されている。すなわち、燃焼が開始する時期はエンジン回転数とエンジン負荷等毎にある程度決まっている。そこで、本実施形態では、実験等によって燃焼が開始する時期を調べ、圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間に含まれ且つ混合気の燃焼が開始した後となる角度に、第１クランク角〜第４クランク角を予め設定してＰＣＭ１００に記憶させておく。本実施形態では、エンジン回転数とエンジン負荷とについて各クランク角を設定してＰＣＭ１００にマップで記憶させている。例えば、第２期間は、ＴＤＣ（圧縮上死点）からＡＴＤＣ１０°ＣＡ（圧縮上死点後１０°ＣＡ）程度の期間に設定されており、第１クランク角はＴＤＣ、第２クラン角と第３クランク角はＡＴＤＣ５°ＣＡ（圧縮上死点後５°ＣＡ）程度、第４クランク角はＡＴＤＣ１０°ＣＡ（圧縮上死点後１０°ＣＡ）程度に設定されている。
【００７５】
（第１ノック判定ステップ）
前記のように、ノッキングが発生するか否かは、第２期間中の筒内圧の上昇量に基づいて精度よく判定できる。しかしながら、この筒内圧の上昇量に基づいてノッキングが発生するか否かを判定する第２ノック判定ステップでは、ノッキングが発生するか否かの判定が出されるのが混合気の燃焼が開始した後である。そのため、第２ノック判定ステップでは、ノッキングが発生すると判定されてから追加噴射Ｑ２を実施しようとしても、エンジン回転数が高いとき等では、インジェクタ１４の駆動遅れのために実際に追加噴射Ｑ２が可能となるのが（インジェクタ１４から燃焼室６に実際に追加噴射Ｑ２に係る燃料が噴射され始めるのが）最適追加噴射時期よりも遅くなるおそれがある。
【００７６】
そこで、本願発明者らは、より早期にノッキングが発生するか否かを判定する方法について鋭意研究した。その結果、低温酸化反応が生じたときは、その後、ノッキングが生じる可能性が非常に高いことを突き止めた。
【００７７】
低温酸化反応とは、冷却損失を上回るわずかな発熱を伴う反応であり、燃焼室６内の温度が高いときに、酸素ラジカル等によって、燃料を構成する炭化水素から水素が引き抜かれることで開始する反応である。低温酸化反応は、火炎を生じさせながら高い熱エネルギーを発する反応である高温酸化反応が開始される前、つまり、燃焼が開始される前に、生じる。
【００７８】
ノッキングは、前記のように、燃焼室６内において局所的に混合気が高温となることで生じる現象であり、ノッキングが生じるのも燃焼室６内の温度が高いときである。従って、低温酸化反応が生じたときに、その後、ノッキングが生じる可能性が非常に高いのは、低温酸化反応が生じる程度に燃焼室６内の温度が高く、燃焼室６内の温度が高いことに伴ってノッキングが生じやすいためと考えられる。
【００７９】
図６は、低温酸化反応が生じたときの熱発生率（実線）と、低温酸化反応が生じなかったときの熱発生率（破線）とを比較して示した図である。図７は、図６の圧縮上死点付近を拡大した図である。
【００８０】
図７の破線に示した熱発生率は、所定のクランク角ＣＡ１０にて最小となった後、緩やかに上昇し、その後、高温酸化反応の開始に伴って急激に上昇する。一方、図７の実線に示した熱発生率は、破線と同様に所定のクランク角ＣＡ１０にて最小となるが、その後、破線よりも早い速度で上昇しており、低温酸化反応が生じたことが示されている。つまり、低温酸化反応は、前記のように発熱反応であり、低温酸化反応が生じたときは生じなかったときよりも熱発生率が高くなる。なお、低温酸化反応に伴う熱発生率の上昇量は小さく、熱発生率は、前記のように早い速度で上昇を開始するものの、その上昇はすぐさま停止し（熱発生率は低下、略一定、あるいは、緩やかに上昇するようになり）、その後、高温酸化反応の開始に伴って急激に立ち上がる。
【００８１】
図６の破線と実線との比較から明らかなように、低温酸化反応が生じたときは低温酸化反応が生じなかったときに比べて、熱発生率が、燃焼（高温酸化反応）の中盤以降において急激に上昇しており、ノッキングが生じている。
【００８２】
前記の知見より、第１ノック判定ステップでは、低温酸化反応が生じたか否かを判定する。そして、低温酸化反応が生じたときは、基本的に、ノッキングが生じると判定する。
【００８３】
具体的には、ＰＣＭ１００は、前記のように熱発生率が最小となるクランク角である着火前第１クランク角ＣＡ１０の熱発生率を算出するとともに、着火前第１クランク角ＣＡ１０よりも所定のクランク角度後の着火前第２クランク角ＣＡ２０の熱発生率を算出する。着火前第１クランク角ＣＡ１０および着火前第２クランク角ＣＡ２０は、ともに、圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間に含まれ且つ混合気の燃焼が開始する前の期間である第１期間内のクランク角であり、前記の第１クランク角よりも早い角度である。そして、ＰＣＭ１００は、着火前第１クランク角ＣＡ１０の熱発生率に対する着火前第２クランク角の熱発生率ＣＡ２０の増加量である着火前熱発生率増加量を算出する。
【００８４】
ＰＣＭ１００は、着火前熱発生率増加量が基準増加量以上のときは低温酸化反応が生じたと判定し、着火前熱発生率増加量が基準増加量未満のときは低温酸化反応が生じなかったと判定する。
【００８５】
本実施形態では、着火前第１クランク角ＣＡ１０と、着火前第２クランク角ＣＡ２０とは、予め設定されてＰＣＭ１００に記憶されている。例えば、着火前第１クランク角ＣＡ１０はＢＴＤＣ１０°ＣＡ（圧縮上死点前１０°ＣＡ）程度に設定され、着火前第２クランク角ＣＡ２０はＢＴＤＣ５°ＣＡ（圧縮上死点前５°ＣＡ）程度に設定されている。基準増加量も予め設定されてＰＣＭ１００に記憶されている。例えば、基準増加量は、１０Ｊ／°ＣＡ程度に設定されている。
【００８６】
ここで、低温酸化反応は、混合気の燃焼が開始する前（高温酸化反応が開始する前）であってノッキングが生じる時期よりも十分に早い時期に生じる。従って、低温酸化反応が生じたか否かに基づけばノッキングが発生するか否かをノッキングが発生する時期に対して十分に早い時期に判定することができる。
【００８７】
しかしながら、本願発明者らは、研究の過程で、低温酸化反応が生じれば非常に高い確率でノッキングが生じるものの、燃焼室内の全ガス量に対する既燃ガス量の割合であるＥＧＲ率が高いときは低温酸化反応が生じないにも関わらずノッキングが発生する場合があるという知見を得た。これは、ＥＧＲ率が高いときは、ノッキングが生じる程度に燃焼室内の温度が高くても、既燃ガスが酸素ラジカルと炭化水素との接触を阻害することで、低温酸化反応が開始されないためと考えられる。
【００８８】
これより、ＰＣＭ１００は、第２ノック判定ステップを実施して、低温酸化反応が生じたと判定したときは基本的にノッキングが生じると判定する。ただし、ＰＣＭ１００は、ＥＧＲ率が基準ＥＧＲ率以上のときは、第２ノック判定ステップによってノッキングが生じないと判定されたときであっても第１ノック判定ステップによってノッキングが生じるか否かを判定し、第１ノック判定ステップによってノッキングが生じると判定されるとノッキングが生じると判定する。
【００８９】
基準ＥＧＲ率は、低温酸化反応が生じない一方ノッキングが発生するときのＥＧＲ率の最小値である。図８は、有効圧縮比とＥＧＲ率とについて、ノッキングが発生したときに低温酸化反応が生じるか否かを調べた結果を示したグラフである。図８の横軸は有効圧縮比、縦軸はＥＧＲ率である。ラインＬ１よりもＥＧＲ率が低い領域では低温酸化反応が生じる。一方、ラインＬ１よりもＥＧＲ率が高い領域では低温酸化反応は生じない。なお、ラインＬ１とラインＬ２との間は、低温酸化反応が不明瞭な領域である。ラインＬ２のＥＧＲ率、つまり、低温酸化反応が生じないＥＧＲ率の最小値はおよそ１０〜３０％程度である。これより、基準ＥＧＲ率は、１０〜３０％程度の値に設定されている。ＰＣＭ１００には、この範囲内の値に予め設定された基準ＥＧＲ率が記憶されている。本実施形態では、基準ＥＧＲ率が、エンジン回転数とエンジン負荷とに応じて設定されてＰＣＭ１００にマップで記憶されており、ＰＣＭ１００は、このマップから現在のエンジン回転数とエンジン負荷とに対応する値を抽出する。
【００９０】
ＰＣＭ１００は、排気Ｏ２センサＳＮ４で検出された排気酸素濃度、エアフローセンサＳＮ２により検出された吸気量、ＥＧＲバルブ４２の開度等に基づいて、現在のＥＧＲ率を算出する。
【００９１】
（２−５）ノック判定制御およびノック回避制御の流れ
高負荷領域Ａにて実施されるノック判定制御およびノック回避制御の流れについて図９のフローチャート等を用いて説明する。
【００９２】
まず、ＰＣＭ１００は、ステップＳ１にてエンジンの各種情報を読み込む。例えば、ＰＣＭ１００は、筒内圧センサＳＮ３で検出された筒内圧、アクセル開度センサＳＮ４により検出されたアクセル開度、クランク角センサＳＮ１によって検出されたエンジン回転数、排気Ｏ２センサＳＮ４で検出された排気酸素濃度、エアフローセンサＳＮ２により検出された吸気量、ＥＧＲバルブ４２の開度等を読み込む。
【００９３】
ステップＳ１の後は、ステップＳ２に進む。ステップＳ２では、ＰＣＭ１００は、高負荷領域Ａでエンジンが運転されているか否か、つまり、エンジン負荷が基準負荷Ｔｑ１以上であるか否かを判定する。エンジン負荷は、アクセル開度とエンジン回転数とに基づいて算出される。
【００９４】
ステップＳ２の判定がＮＯであって低負荷領域Ｂでエンジンが運転されているときは、ＰＣＭ１００はそのまま処理を終了する（ステップＳ１に戻る）。一方、ステップＳ２の判定がＹＥＳであって高負荷領域Ａでエンジンが運転されているときは、ＰＣＭ１００はステップＳ３に進む。
【００９５】
ステップＳ３では、ＰＣＭ１００は筒内圧を用いて熱発生率ｄＱを算出する。熱発生率ｄＱの算出方法は従来用いられている方法を採用することができ、ここでの説明は省略する。また、ステップＳ３では、ＰＣＭ１００はＥＧＲ率を算出する。
【００９６】
ステップＳ３の後は、ステップＳ４に進む。ステップＳ４では、ＰＣＭ１００はＥＧＲ率が基準ＥＧＲ率以上であるか否かを判定する。この判定がＮＯであってＥＧＲ率が基準ＥＧＲ率未満のときは、ＰＣＭ１００はステップＳ５に進む。
【００９７】
ステップＳ５では、ＰＣＭ１００は低温酸化反応が生じたか否かを判定する。ＰＣＭ１００は、前記のように、着火前第１クランク角ＣＡ１０の熱発生率に対する着火前第２クランク角ＣＡ２０の熱発生率の増加量を着火前熱発生率増加量として算出する。ＰＣＭ１００は、着火前熱発生率増加量が基準増加量以上のときは低温酸化反応が生じたと判定し、着火前熱発生率増加量が基準増加量未満のときは低温酸化反応が生じなかったと判定する。
【００９８】
ステップＳ５の判定がＹＥＳであって低温酸化反応が生じたと判定したときは、ＰＣＭ１００はステップＳ６に進む。ステップＳ６では、ＰＣＭ１００は、ノッキングが発生すると判定する。ステップＳ６の後はステップＳ７に進む。
【００９９】
ステップＳ７では、ＰＣＭ１００は、最適追加噴射時期に追加噴射Ｑ２を実施し、処理を終了する（ステップＳ１に戻る）。詳細には、ステップＳ７において、ＰＣＭ１００は、最適追加噴射時期に追加噴射Ｑ２が開始可能となる時期（最適追加噴射時期に実際にインジェクタ１４から燃料の噴射が可能となる時期）に、インジェクタ１４の駆動を開始する。すなわち、インジェクタ１４には駆動遅れがあるため、最適追加噴射時期に追加噴射Ｑ２が開始されるためには、最適追加噴射時期よりも早い時期にインジェクタ１４の駆動を開始する必要があり、最適追加噴射時期よりも前にインジェクタ１４の駆動が開始される。例えば、ステップＳ５の判定の直後にインジェクタ１４の駆動を開始しないと最適追加噴射時期に追加噴射Ｑ２が行えない場合は、ステップＳ５の判定がＹＥＳとなった直後にインジェクタ１４の駆動が開始される。
【０１００】
一方、ステップＳ５の判定がＮＯであって低温酸化反応が生じなかったと判定したときは、ＰＣＭ１００はステップＳ８に進む。ステップＳ８では、ＰＣＭ１００は、ノッキングが発生しないと判定して処理を終了する（ステップＳ１に戻る）。
【０１０１】
ステップＳ４に戻り、ステップＳ４の判定がＹＥＳであってＥＧＲ率が基準ＥＧＲ率以上のときは、ＰＣＭ１００はステップＳ９に進む。ステップＳ９では、ステップＳ５と同様に、ＰＣＭ１００は、低温酸化反応が生じたか否かを判定する。
【０１０２】
ステップＳ９の判定がＹＥＳであって低温酸化反応が生じたと判定したときは、ＰＣＭ１００はステップＳ１０に進む。ステップＳ１０では、ＰＣＭ１００は、ノッキングが発生する可能性があると判定する。ステップＳ１０の後はステップＳ１１に進む。
【０１０３】
ステップＳ１１では、ＰＣＭ１００は、最適追加噴射時期での追加噴射Ｑ２が可能となるようにインジェクタ１４の駆動準備を行う。具体的には、前記のように、ＰＣＭ１００は、最適追加噴射時期に追加噴射Ｑ２が可能となる時期にインジェクタ１４の駆動を開始する。このときも、ステップＳ１０の判定の直後にインジェクタ１４の駆動を開始しないと最適追加噴射時期に追加噴射Ｑ２が行えない場合は、ステップＳ１０の判定がＹＥＳとなった直後にインジェクタ１４の駆動が開始される。ステップＳ１１の後は、ステップＳ１２に進む。
【０１０４】
ステップＳ１２では、ＰＣＭ１００は、第１筒内圧上昇量および第２筒内圧上昇量を算出するとともに、第１筒内圧上昇量が基準圧力上昇量以上、且つ、前記の第２筒内圧上昇量が基準圧力上昇量以上であるか否かを判定する。
【０１０５】
ステップＳ１２の判定がＹＥＳであって、第１筒内圧上昇量が基準圧力上昇量以上、且つ、第２筒内圧上昇量が基準圧力上昇量以上のときは、ＰＣＭ１００はステップＳ１３に進む。
【０１０６】
ステップＳ１３では、ＰＣＭ１００はノッキングが発生すると判定する。ステップＳ１３の後はステップＳ１４に進み、ＰＣＭ１００は追加噴射Ｑ２を実施して処理を終了する（ステップＳ１に戻る）。具体的には、ステップＳ１１においてインジェクタ１４の駆動が既に開始されているときはこの駆動を維持する。一方、インジェクタ１４の駆動が開始されていないときは、最適追加噴射時期に追加噴射Ｑ２が行われるようにインジェクタ１４を駆動する。なお、ステップＳ１３の実施時点で、既に、最適追加噴射時期よりも遅い時期にしか追加噴射Ｑ２が行えない場合があり得るが、この場合であってもインジェクタ１４の駆動を開始する。そして、予め設定された追加噴射の終了時期までインジェクタ１４から燃料を噴射させる。
【０１０７】
一方、ステップＳ１２の判定がＮＯであって、第１筒内圧上昇量が基準圧力上昇量未満、または、第２筒内圧上昇量が基準圧力上昇量未満ときは、ＰＣＭ１００は、ステップＳ１５に進みノッキングが発生しないと判定する。ステップＳ１５の後は、ＰＣＭ１００はステップＳ１６に進む。
【０１０８】
ステップＳ１６では、ＰＣＭ１００はインジェクタ１４の駆動を停止する。具体的には、ステップＳ１１においてインジェクタ１４の駆動が既に開始されているときは、ＰＣＭ１００はインジェクタ１４の駆動を停止する。一方、インジェクタ１４の駆動が開始されていないときは、ＰＣＭ１００はインジェクタ１４の駆動停止状態を維持する。
【０１０９】
ステップＳ９に戻り、ステップＳ９の判定がＮＯであって低温酸化反応が生じないと判定されたときは、ＰＣＭ１００はステップＳ１２に進む。つまり、ステップＳ９の判定がＮＯのときは、インジェクタ１４の駆動準備を行わずにステップＳ１２の判定を実施し、ステップＳ１２の判定がＹＥＳになるとステップＳ１４において、インジェクタ１４の駆動（または駆動準備）を開始する。
【０１１０】
（３）作用等
以上のように、本実施形態では、ＥＧＲ率が基準ＥＧＲ率未満と低く低温酸化反応が生じるとノッキングがほぼ確実に生じるときには、低温酸化反応が生じたか否かのみによってノッキングが発生するか否かを判定する。従って、ノッキングの発生を早期に予測しつつ、筒内圧上昇量に基づくノッキングの予測を省略してＰＣＭ１００の演算負荷を少なく抑えることができる。
【０１１１】
また、ＥＧＲ率が基準ＥＧＲ率以上と高く低温酸化反応が生じないときにもノッキングが発生する可能性のあるときには、第１筒内圧上昇量および第２筒内圧上昇量に基づいてノッキングが発生するか否かを判定する。従って、ノッキングの発生を精度よく予測することができる。
【０１１２】
また、本実施形態では、ＥＧＲ率が基準ＥＧＲ率以上のときにも低温酸化反応が生じたか否かを判定し、これによりノッキングが発生するか否かを判定している。そのため、ノッキングが発生する可能性があることを早期に検知することができ、ノッキング防止のための操作の準備を早い時期から開始することができる。具体的には、前記のように、ＥＧＲ率が基準ＥＧＲ率以上の場合において低温酸化反応が生じたと判定された直後から、追加噴射Ｑ２の準備を開始することができるため、追加噴射Ｑ２をより適切な時期に実施してノッキングをより確実に抑制できる。
【０１１３】
（４）変形例
前記実施形態では、高負荷領域Ａで運転されておりＥＧＲ率が基準ＥＧＲ率以上の場合に、ステップＳ９を実施するとともにステップＳ１２を実施する場合（第１ノック判定ステップと第２ノック判定ステップとの両方を実施する場合）を説明した。これに代えて、ＥＧＲ率が基準ＥＧＲ率以上の場合には、ステップＳ１２のみ（第２ノック判定ステップのみ）を実施して、ノッキングが発生するか否かを判定してもよい。
【０１１４】
ただし、前記のように、ステップＳ９を実施してノッキングが生じる可能性があるか否かを早期に判定できれば、より確実に最適追加噴射時期つまりノッキングを効果的に防止できる時期に追加噴射Ｑ２を開始させることができる。
【０１１５】
前記実施形態では、第２ノック判定ステップとして、圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間に含まれ且つ混合気の燃焼が開始した後の期間である第２期間中の筒内圧の上昇量が基準圧力上昇量以上のときにノッキングが生じると判定する場合を説明した。この筒内圧の上昇量が高いときは熱発生率の上昇量も高くなる。つまり、本願発明者らは、第２期間中の熱発生率の上昇量が高いときにも、ノッキングが生じやすいという知見を得た。
【０１１６】
そこで、第２ノック判定ステップにおいてノッキングが発生するか否かの判定に用いるパラメータを、筒内圧の上昇量に代えて熱発生率の上昇量としてもよい。すなわち、第２ノック判定ステップにおいて、第２期間中の熱発生率の上昇量が、予め設定された判定値以上のときにノッキングが生じると判定してもよい。
【０１１７】
具体的には、予め設定された第２期間に含まれる基準第１クランク角と、これよりも遅角側で且つ第２期間に含まれるように予め設定された基準第２クランク角とにおける熱発生率をそれぞれ算出して、基準第１クランク角の熱発生率に対する基準第２クランク角の熱発生率の増加量を算出する。そして、この増加量が判定値以上のときはノッキングが生じると判定し、この増加量が判定値未満のときはノッキングが生じないと判定する。基準第１クランク角は、例えば、ＴＤＣに設定され、基準第２クランク角はＡＴＤＣ１０°ＣＡ程度に設定される。
【０１１８】
この手順および構成によっても、ノッキングが発生するか否かを精度よく判定できるとともに、この判定結果に基づいてノッキングの発生をより確実に防止できる。
【０１１９】
また、前記実施形態では、第１ノック判定ステップにおいて、第１筒内圧上昇量と第２筒内圧上昇量との両方が基準圧力上昇量以上であるときに、ノッキングが発生すると判定した場合について説明した。これに代えて、第１筒内圧上昇量と第２筒内圧上昇量の少なくとも一方が基準圧力上昇量以上であるときに、ノッキングが発生すると判定してもよい。
【０１２０】
また、前記実施形態では、第１筒内圧上昇量と第２筒内圧上昇量とを算出する場合、すなわち、２つの期間の筒内圧の上昇量に基づいてノッキングが発生するか否かを判定する場合に説明した。これに代えて、１つの期間の筒内圧の上昇量のみを算出し、これに基づいてノッキングが発生するか否かを判定してもよい。
【０１２１】
また、前記実施形態では、第２ノック判定ステップにおいて、熱発生率に基づいて低温酸化反応が生じたか否かを判定する場合について説明したが、第２ノック判定ステップは圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間に含まれ且つ混合気の燃焼が開始した後の燃焼室内の圧力に基づいて低温酸化反応が生じたか否かを判定するように構成されればよい。つまり、低温酸化反応が生じたか否かの判定は、熱発生率に基づいて行われなくてもよく、例えば、筒内圧の変化量等に基づいて行われてもよい。
【０１２２】
前記実施形態では、ノック回避制御として、メイン噴射Ｑ１の後に燃焼室６に燃料を噴射する追加噴射Ｑ２を実施する場合について説明したが、ノック回避制御の具体的な構成はこれに限らない。例えば、燃料の代わりに、混合気の温度を低減可能な他の冷媒を燃焼室６内に供給する構成としてもよい。この冷媒としては、水や排気の一部が挙げられる。ただし、燃料を噴射する構成とすれば、インジェクタ１４を利用してノック回避制御を実施することができるため、他の冷媒を噴射するための装置を別途設ける必要がなく、構造を簡素化できる。
【０１２３】
また、前記実施形態では、追加噴射Ｑ２の噴射量（追加噴射によって燃焼室６に供給される燃料の量）を１サイクル中に燃焼室６に供給される燃料の総量の１０％以下とした場合について説明したが、追加噴射Ｑ２の噴射量は１０％より大きくしてもよい。
【０１２４】
ただし、追加噴射Ｑ２の噴射量が多くなると、この燃料の気化に伴って燃焼室６内の温度が大幅に低下するおそれがある。また、燃料と空気との混合が不十分となりスモークが生じやすい。そのため、追加噴射によって燃焼室６に供給される燃料の量は、前記のように設定されるのが好ましい。
【０１２５】
また、気筒の幾何学的圧縮比は、１５以上２０以下に限らない。ただし、気筒の幾何学的圧縮比が１５以上になると、ノッキングが生じやすい。そのため、このエンジンに前記の実施形態を適用すれば、効果的である。
【０１２６】
また、前記実施形態では、メイン噴射Ｑ１によって生じる全熱発生量のうちの２０％程度の量の熱発生が生じる時期を、最適追加噴射時期として設定した場合について説明したが、最適追加噴射時期は、これに限らない。ただし、前記のように、追加噴射Ｑ２の時期が遅くなると空気との混合が悪化してスモークの発生量が増大するおそれがある。そのため、最適追加噴射時期は、前記のように設定されるのが好ましい。
【０１２７】
また、前記基準ＥＧＲ率の具体的な値は前記に限らない。
【符号の説明】
【０１２８】
１  エンジン本体
２  気筒
６  燃焼室
１３  点火プラグ
１４  インジェクタ（冷媒供給手段）
１００  ＰＣＭ
ＳＮ３  筒内圧センサ（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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【図９】
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