(57)【要約】【課題】ノッキングの抑制という要求を達成すると共にそれ以外の所定の要求をも可能な限り達成することにある。【解決手段】少なくとも、燃焼室３内に吸入される空気の量である吸気量を少なくする処理と、燃焼室内に含まれる排気ガスの量である再循環排気ガス量を少なくする処理と、燃料の点火タイミングを遅くする処理との３つの処理を実行可能な内燃機関において、ノッキングの抑制以外の所定の要求をより確実に達成可能な順に上記処理に優先順位をつけ、ノッキングが検出されたときにはノッキングが検出されなくなるまで上記処理を優先順位の高い順に行う。【選択図】      図１
2004263633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、燃焼室内に吸入される空気の量である吸気量を少なくする処理と、燃焼室内に含まれる排気ガスの量である再循環排気ガス量を少なくする処理と、燃料の点火タイミングを遅くする処理との３つの処理を実行可能な内燃機関において、ノッキングの抑制以外の所定の要求をより確実に達成可能な順に上記処理に優先順位をつけ、ノッキングが検出されたときにはノッキングが検出されなくなるまで上記処理を優先順位の高い順に行うことを特徴とするノッキング抑制装置。
【請求項２】
上記内燃機関に対する所定の要求が燃費を可能な限り高く維持することであるときには、最も優先順位の高い処理が吸気量を少なくする処理であり、次に優先順位の高い処理がパラメータが再循環排気ガス量を少なくする処理であり、最も優先順位の低い処理が燃料の点火タイミングを遅くする処理であることを特徴とする請求項１に記載のノッキング抑制装置。
【請求項３】
上記内燃機関に対する所定の要求が排気ガスを浄化するために排気通路内に配置された排気浄化材の温度を許容温度よりも低い状態に維持することであるときには、最も優先順位の高い処理が吸気量を少なくする処理であり、次に優先順位の高い処理が再循環排気ガス量を少なくする処理であり、最も優先順位が低い処理が燃料の点火タイミングを遅くする処理であることを特徴とする請求項１に記載のノッキング抑制装置。
【請求項４】
上記内燃機関に対する所定の要求が上記処理を実行したことによる出力トルクの低下分を可能な限り少なくすることであるときには、最も優先順位の高い処理が再循環排気ガス量を少なくする処理であり、次に優先順位の高い処理が吸気量を少なくする処理であり、最も優先順位の低い処理が燃料の点火タイミングを遅くする処理であることを特徴とする請求項１に記載のノッキング抑制装置。
【請求項５】
上記内燃機関に対する所定の要求が上記処理を実行したときにノッキングが抑制されるまでの時間を可能な限り短くすることであるときには、最も優先順位の高い処理が燃料の点火タイミングを遅くする処理であり、次に優先順位の高い処理が再循環排気ガス量を少なくする処理であり、最も優先順位の低い処理が吸気量を少なくする処理であることを特徴とする請求項１に記載のノッキング抑制装置。
【請求項６】
燃焼室から排気通路へ排出された排気ガスを吸気通路に導入するために排気通路から吸気通路まで延びる排気ガス再循環通路をさらに具備し、上記再循環排気ガス量を少なくする処理が行われるときに該処理の実行に加えて上記排気ガス再循環通路を介して吸気通路に排気ガスを導入する処理を行うことを特徴とする請求項１に記載のノッキング抑制装置。
【請求項７】
上記再循環排気ガス量を少なくする処理が行われるときに該処理の実行に加えて再循環排気ガスの温度を下げる処理を行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のノッキング抑制装置。
【請求項８】
上記再循環排気ガス量を少なくする処理が行われるときに該処理の実行に代えて再循環排気ガスの温度を下げる処理を行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のノッキング抑制装置。
【請求項９】
吸気量を少なくする処理では、吸気弁の最大リフト量を小さくすること、および、吸気弁の閉弁タイミングを早くすることの少なくとも一方によって吸気量が少なくされることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載のノッキング抑制装置。
【請求項１０】
ＥＧＲ率を小さくする処理では、排気弁の閉弁タイミングおよび吸気弁の閉弁タイミングの少なくとも一方を制御することによってＥＧＲ率が小さくされることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載のノッキング抑制装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関のノッキング抑制装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関のノッキング抑制装置が特許文献１に開示されている。特許文献１によれば、排気弁の開弁期間と吸気弁の開弁期間とがオーバーラップしていると、燃焼室内に排気ガスが残留し、この残留した排気ガスがノッキング発生の原因となっていると説明されている（段落０００８参照）。したがって、特許文献１では、ノッキングが発生したときには吸気弁の開閉弁時期を遅くする（遅角する）ことによって排気弁の開弁期間と吸気弁の開弁期間とのオーバーラップ（以下、バルブオーバラップ期間とも称す）を小さくし、これにより、燃焼室内に残留する排気ガスの量を少なくし、こうして、ノッキング（の発生）を抑制するようにしている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−３２０３５４号公報
【特許文献２】
特開２００１−３５５４６２号公報
【特許文献３】
特開平１１−１９０２３６号公報
【特許文献４】
特開２００１−２７１６６４号公報
【特許文献５】
特開平１１−３２４７６２号公報
【特許文献６】
特開平４−１７５４４９号公報
【特許文献７】
特開平１１−１３５２１号公報
【特許文献８】
特開平９−１２６１０６号公報
【特許文献９】
特開２０００−９７０６１号公報
【特許文献１０】
特開２０００−０３０２０４号公報
【特許文献１１】
特開平９−３０３１６５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１によれば、確かに、ノッキングを抑制することができるが、内燃機関には、ノッキングの抑制という要求以外にも種々様々な要求があり、特に、重要な要求には優先して達成されるべきである。ところが、特許文献１に開示されているようにバルブオーバラップ期間の長さを変えることだけでノッキングを抑制しようとすると、ノッキングの抑制という要求以外の重要な要求を達成することができなくなってしまう。
そこで、本発明の目的は、内燃機関において、ノッキングの抑制という要求を達成すると共にそれ以外の所定の要求をも可能な限り達成することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、１番目の発明では、少なくとも、燃焼室内に吸入される空気の量である吸気量を少なくする処理と、燃焼室内に含まれる排気ガスの量である再循環排気ガス量を少なくする処理と、燃料の点火タイミングを遅くする処理との３つの処理を実行可能な内燃機関において、ノッキングの抑制以外の所定の要求をより確実に達成可能な順に上記処理に優先順位をつけ、ノッキングが検出されたときにはノッキングが検出されなくなるまで上記処理を優先順位の高い順に行う。
２番目の発明では、１番目の発明において、上記内燃機関に対する所定の要求が燃費を可能な限り高く維持することであるときには、最も優先順位の高い処理が吸気量を少なくする処理であり、次に優先順位の高い処理がパラメータが再循環排気ガス量を少なくする処理であり、最も優先順位の低い処理が燃料の点火タイミングを遅くする処理である。
３番目の発明では、１番目の発明において、上記内燃機関に対する所定の要求が排気ガスを浄化するために排気通路内に配置された排気浄化材の温度を許容温度よりも低い状態に維持することであるときには、最も優先順位の高い処理が吸気量を少なくする処理であり、次に優先順位の高い処理が再循環排気ガス量を少なくする処理であり、最も優先順位が低い処理が燃料の点火タイミングを遅くする処理である。
４番目の発明では、１番目の発明において、上記内燃機関に対する所定の要求が上記処理を実行したことによる出力トルクの低下分を可能な限り少なくすることであるときには、最も優先順位の高い処理が再循環排気ガス量を少なくする処理であり、次に優先順位の高い処理が吸気量を少なくする処理であり、最も優先順位の低い処理が燃料の点火タイミングを遅くする処理である。
５番目の発明では、１番目の発明において、上記内燃機関に対する所定の要求が上記処理を実行したときにノッキングが抑制されるまでの時間を可能な限り短くすることであるときには、最も優先順位の高い処理が燃料の点火タイミングを遅くする処理であり、次に優先順位の高い処理が再循環排気ガス量を少なくする処理であり、最も優先順位の低い処理が吸気量を少なくする処理である。
６番目の発明では、１番目の発明において、燃焼室から排気通路へ排出された排気ガスを吸気通路に導入するために排気通路から吸気通路まで延びる排気ガス再循環通路をさらに具備し、上記再循環排気ガス量を少なくする処理が行われるときに該処理の実行に加えて上記排気ガス再循環通路を介して吸気通路に排気ガスを導入する処理を行う。
７番目の発明では、１〜６番目の発明のいずれか１つにおいて、上記再循環排気ガス量を少なくする処理が行われるときに該処理の実行に加えて再循環排気ガスの温度を下げる処理を行う。
８番目の発明では、１〜６番目の発明のいずれか１つにおいて、上記再循環排気ガス量を少なくする処理が行われるときに該処理の実行に代えて再循環排気ガスの温度を下げる処理を行う。
９番目の発明では、１〜８番目の発明のいずれか１つにおいて、吸気量を少なくする処理では、吸気弁の最大リフト量を小さくすること、および、吸気弁の閉弁タイミングを早くすることの少なくとも一方によって吸気量が少なくされる。
１０番目の発明では、１〜８番目の発明のいずれか１つにおいて、ＥＧＲ率を小さくする処理では、排気弁の閉弁タイミングおよび吸気弁の閉弁タイミングの少なくとも一方を制御することによってＥＧＲ率が小さくされる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
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。図１は、本発明のノッキング抑制装置を備えた内燃機関を示しており、この内燃機関は火花点火式の内燃機関である。図１において、１はシリンダヘッド、２はシリンダブロック、３は燃焼室、４は点火プラグ、５はピストン、６は吸気弁、７は吸気ポート、８は排気弁、９は排気ポートをそれぞれ示している。シリンダブロック２内には内燃機関を冷却する冷却水を流すための冷却水通路１０が形成されている。また、シリンダブロック２には、内燃機関のノッキング（詳細は後述する）を検出するためのノックセンサ３１が取り付けられている。また、ピストン５はコネクティングロッド（コンロッド）１１を介してクランクシャフト軸１２に接続されている。クランクシャフト１２近傍には、クランク角を検出するためのクランク角センサＣＡＳが配置されており、本実施形態では、このクランク角センサＣＡＳの出力に基づいて、機関回転数が算出される。
【０００７】
吸気ポート９には吸気管１３が接続されている。吸気管１３にはサージタンク１４が形成されており、サージタンク１４と吸気ポート９との間の吸気管１３には燃料噴射弁１５が取り付けられている。燃料噴射弁１５には燃料供給管１６が接続されている。燃料供給管１６は燃料タンク１７から燃料噴射弁１５まで延びる。
【０００８】
サージタンク１４上流の吸気管１３内にはスロットル弁１８が配置されている。スロットル弁１８にはこのスロットル弁１８を駆動するためのステップモータ１９が接続されている（本実施形態では、スロットル弁は、ステップモータによって駆動されるタイプであるが、電磁ソレノイドなどによって駆動されるタイプでもよい）。スロットル弁１８上流の吸気管１３には吸気管１３内を流れる空気の流量、すなわち、燃焼室３内に吸入される空気の流量を測定するためのエアフローメータ２０が取り付けられている。エアフローメータ２０上流の吸気管１３にはエアクリーナ２１が取り付けられている。以下の説明において、吸気ポート７と吸気管１３（もちろん、サージタンク１４も含む）とをまとめて吸気通路とも称す。
【０００９】
排気ポート９には排気管２２が接続されている。排気管２２内には排気ガス中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、および、窒素酸化物（ＮＯｘ）を同時に高い浄化率で浄化することができる三元触媒２３が配置されている。燃料噴射弁１５から噴射された燃料の量（三元触媒２３上流の排気管２２内に燃料を供給可能となっているシステムでは、燃料噴射弁１５から噴射された燃料と三元触媒２３上流の排気管２２内に供給された燃料との総量）に対する、燃焼室３内に吸入された空気の量（三元触媒２３上流の排気管２２内に空気を供給可能となっているシステムでは、燃焼室３内に吸入された空気と三元触媒２３上流の排気管２２内に供給された空気との総量）の比を排気ガスの空燃比と称すると、三元触媒２３は、その温度が所定の温度（いわゆる活性温度）以上であって、且つ、図２に示したように、そこに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比近傍の領域Ｘ内にあると、ＣＯ、ＨＣ、および、ＮＯＸを同時に高い浄化率にて浄化する。
【００１０】
一方、三元触媒は、そこに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンである（以下、単に、排気ガスの空燃比がリーンである、と称す）ときには排気ガス中の酸素を吸収し、そこに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチである（以下、単に、排気ガスの空燃比がリッチである、と称す）ときには吸収した酸素を放出する酸素吸放出能力を有する。この酸素吸放出能力の範囲内では流入する排気ガスの空燃比がリーンであってもリッチであっても三元触媒内の雰囲気の空燃比がほぼ理論空燃比近傍に維持され、したがって、排気ガス中のＣＯ、ＨＣ、および、ＮＯＸが同時に高い浄化率で浄化される。
【００１１】
図１に示した内燃機関では、燃焼室３から排出された排気ガスを再び燃焼室３内に導入し循環させるための通路（以下、ＥＧＲ通路と称す）２４が、三元触媒２３下流の排気管２２からサージタンク１４まで延びる。ＥＧＲ通路２４には、その中を流れる排気ガスを冷却するためのインタークーラ２５が取り付けられている。また、ＥＧＲ通路２４には、その中を流れる排気ガスの流量（量）、すなわち、燃焼室３内に導入され循環される排気ガスの流量（量）を制御するための弁（以下、ＥＧＲ制御弁と称す）２６が取り付けられている。
【００１２】
なお、以下の説明では、説明の便宜上、ＥＧＲ通路２４を介して燃焼室３内に導入される排気ガスを外部ＥＧＲガスと称し、後述するように燃焼室３内に残留させることによって結果的に燃焼室３内に導入される排気ガスと、燃焼室３からいったん吸気ポート７に排出せしめられた後に燃焼室３内に吸入される排気ガスとをまとめて内部ＥＧＲガスと称す。
【００１３】
ところで、吸気弁６はカム２７によって往復動せしめられる。カム２７近傍には、カム２７の回転位相を検出するための回転位相センサＲＰＳｉが配置されている。一方、排気弁８はカム２８によって往復動せしめられる。カム２８近傍には、カム２８の回転位相を検出するための回転位相センサＲＰＳｅが配置されている。これらカム２７，２８はクランクシャフト軸１２の回転力によって駆動せしめられる。
【００１４】
また、カム２７には、吸気弁６の開弁特性（すなわち、最大リフト量、ならびに、開弁タイミングおよび閉弁タイミング（いわゆる、作用角））を変更させるための機構（以下、可変動弁機構と称す）が接続されている。このように吸気弁の開弁特性を変更させるための機構としては、例えば、特許文献７（段落００２２〜００６５参照）に開示されているように、吸気弁の最大リフト量を段階的に変更可能であって、吸気弁の開閉弁タイミング（作用角）を連続的に変更可能な機構が公知である。また、特許文献４（段落００２１〜００２３参照）に開示されているように、吸気弁を電磁ソレノイドによって開閉弁可能に構成し、吸気弁の最大リフト量を連続的に変更可能であって、吸気弁の開閉弁タイミング（作用角）も連続的に変更可能な機構も公知である。また、特許文献７（段落００２５の１５〜２０行目）に開示されているように、カムシャフトの軸線方向にプロフィールが変化する三次元カム（立体カム）を採用し、カムシャフトをその軸線方向に移動させることにより最大リフト量を連続的に変更可能であって、吸気弁の開閉弁タイミング（作用角）も連続的に変更可能な機構も公知である。
【００１５】
本実施形態の可変動弁機構は吸気弁６の開弁特性を変更できるものであれば如何なる機構でもよいが、例えば、以下のように吸気弁６の開弁特性を変更するものとして、以下、本実施形態を説明する。すなわち、可変動弁機構２９は油圧システムＯＳｉから送られる油圧によって駆動される。そして、可変動弁機構２９は、図３（Ｂ）に示したように、吸気弁６のリフト曲線を曲線ＩＮ１と曲線ＩＮ２との間で連続的に変更可能である。図３（Ｂ）に示した例では、リフト曲線が曲線ＩＮ１である場合には、吸気弁６の開弁タイミングは排気上死点ＴＤＣよりも早く、リフト曲線が曲線ＩＮ２である場合には、吸気弁６の開弁タイミングは排気上死点ＴＤＣよりも遅い。すなわち、可変動弁機構２９によれば、吸気弁６の開弁タイミングおよび閉弁タイミングが連続的に変更可能である。また、可変動弁機構２９は、図４に示したように、吸気弁６のリフト曲線を曲線ＩＮ３と曲線ＩＮ４との間で連続的に変更可能である。図４に示した例では、リフト曲線が曲線ＩＮ３である場合には、吸気弁６の最大リフト量は最も大きく、リフト曲線が曲線ＩＮ４である場合には、吸気弁６の最大リフト量は最も小さい。すなわち、可変動弁機構２９によれば、吸気弁６の最大リフト量が連続的に変更可能である。
【００１６】
また、カム２８にも、排気弁８の開弁特性（すなわち、開弁タイミング、および、閉弁タイミング（および、場合によっては、最大リフト量））を変更させるための機構（以下、可変動弁機構と称す）が接続されている。この可変動弁機構も排気弁８の開弁特性を変更できるものであれば如何なる機構でもよいが、例えば、以下のように排気弁８の開弁特性を変更するものとして、以下、本実施形態を説明する。すなわち、本実施形態の可変動弁機構３０は油圧システムＯＳｅから送られる油圧によって駆動される。本実施形態では、上述した吸気弁６に対応する可変動弁機構２９と同じメカニズムによって、可変動弁機構３０は、図３（Ａ）に示したように、排気弁８のリフト曲線を曲線ＥＸ１と曲線ＥＸ２との間で連続的に変更可能である。図３（Ａ）に示した例では、リフト曲線が曲線ＥＸ１である場合には、排気弁８の閉弁タイミングは排気上死点ＴＤＣよりも早く、リフト曲線が曲線ＥＸ２である場合には、排気弁８の閉弁タイミングは排気上死点ＴＤＣよりも遅い。すなわち、可変動弁機構３０によれば、排気弁８の開弁タイミングおよび閉弁タイミングが連続的に変更可能である。
【００１７】
ところで、本実施形態では、燃焼室３内に吸入する空気量（以下、単に、吸気量とも称す）、燃焼室３内のガス量（すなわち、空気と排気ガスとの総量）に対する燃焼室３内の排気ガス量の比（以下、単に、ＥＧＲ率とも称す）、および、点火プラグ４による燃料への点火タイミングは、内燃機関の運転状態（例えば、機関回転数や要求負荷）に応じて制御される。例えば、目標吸気量Ｇａは、図５（Ａ）に示したように目標とする吸気量Ｇａを機関回転数Ｎと要求負荷Ｌとの関数のマップの形で予め実験等により求めて記憶しておき、機関運転中においてこのマップに基づいて機関回転数Ｎと要求負荷Ｌとから決定される。もちろん、マップを用いるのではなく、計算式から目標吸気量を決定してもよいし、アクセルペダルの踏込量に応じて目標吸気量を決定してもよい。また、例えば、目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒは、図５（Ｂ）に示したように目標とするＥＧＲ率Ｒｅｇｒを機関回転数Ｎと要求負荷Ｌとの関数のマップの形で予め実験等により求めて記憶しておき、機関運転中において、このマップに基づいて機関回転数Ｎと要求負荷Ｌとから決定される。また、例えば、目標点火タイミングＴｉは、図６に示したように目標とする点火タイミングＴｉを機関回転数Ｎと要求負荷Ｌとの関数のマップの形で予め実験等により求めて記憶しておき、機関運転中において、このマップに基づいて機関回転数Ｎと要求負荷Ｌとから決定される。
【００１８】
次に、決定された目標吸気量および目標ＥＧＲ率を達成するための本実施形態の制御について説明する。スロットル弁１８の開度（以下、単に、スロットル開度とも称す）を制御することによって吸気量を増減させることができ、また、後述するように、吸気弁６の開弁特性（最大リフト量、ならびに、開弁タイミングおよび閉弁タイミング）を制御することによって吸気量を増減させることができる。本実施形態では、スロットル開度と吸気弁６の開弁特性とを制御することによって吸気量が目標吸気量とされる。ただし、吸気通路７，１３内の圧力が負圧とならない程度にスロットル開度を大きくしておくと、吸気通路７，１３内の圧力が大気圧近くに維持され、内燃機関におけるポンピングロスを低く維持することができるので、ポンピングロスを低く維持するという観点では、スロットル開度ができるだけ大きくなるように吸気弁６の開弁特性を制御することで、吸気量を目標吸気量とすることが好ましい。
【００１９】
また、ＥＧＲ制御弁２６の開度（以下、単に、ＥＧＲ開度とも称す）を制御することによって燃焼室３内に導入される排気ガス（以下、ＥＧＲガスとも称す）の量を増減させることができ、また、後述するように、吸気弁６の開弁特性および排気弁８の開弁特性（開弁タイミングおよび閉弁タイミング）を制御することによってＥＧＲガス量を増減させることができる。本実施形態では、ＥＧＲ開度と吸気弁６の開弁特性および排気弁８の開弁特性とを制御することによってＥＧＲガス量、すなわち、ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率とされる。
【００２０】
図４を参照して説明したように、本実施形態では、吸気弁６のリフト曲線は曲線Ｅ３と曲線Ｅ４との間で連続的に変更可能である。そして、吸気弁６の最大リフト量を変えると、吸気弁６が開弁している時間（以下、単に、吸気弁の開弁時間とも称す）も変わり、これにより、吸気量も変わる。例えば、吸気弁６の最大リフト量を大きくすると、吸気弁６の開弁時間が長くなり、結果として、吸気量が多くなる。また、図３（Ｂ）を参照して説明したように、本実施形態では、吸気弁６の閉弁タイミングが連続的に変更可能である。そして、吸気弁６の閉弁タイミングを変えると、同じ開弁時間であっても、吸気量も変わる。例えば、吸気弁６の閉弁タイミングを吸気下死点よりも早くすると、吸気量が少なくなる。そこで、本実施形態では、吸気弁６の最大リフト量（すなわち、吸気弁６の開弁時間）と吸気弁６の閉弁タイミングとを制御することによって吸気量を目標吸気量に制御する。
【００２１】
一方、本実施形態では、排気弁８の閉弁タイミングと吸気弁６の開弁タイミングとを制御することによって、ＥＧＲ率を目標ＥＧＲ率に制御する。次に、このことについて説明する。
【００２２】
図７は、排気弁８のリフト曲線の一部（排気弁８の閉弁タイミング近傍のリフト曲線）ＥＸと、吸気弁６のリフト曲線の一部（吸気弁６の開弁タイミング近傍のリフト曲線）ＩＮとを示しており、ここに示した例では、排気弁８は排気上死点ＴＤＣよりも早いクランク角度ＣＡ１にて完全に閉弁し、吸気弁６は排気上死点ＴＤＣにて開弁し始める。この場合、排気弁８はピストン５が上死点に達する前に完全に閉弁してしまい且つ吸気弁６も開弁していないので、燃焼室３内に排気ガスが残留することになる。その後、吸気弁６が開弁すると、燃焼室３内に排気ガスを残留させたまま燃焼室３内に空気が吸入されるので、吸気行程の完了時にも、燃焼室３内に排気ガスが残留したままとなる。
【００２３】
もちろん、吸気弁６の開弁タイミングを排気上死点ＴＤＣではなくてこれよりも遅いタイミングに設定したとしても、排気弁８の閉弁タイミングを排気上死点ＴＤＣよりも早いタイミングに設定している限り、上述した作用と同様の作用により、吸気行程の完了時に、燃焼室３内に排気ガスを残すことができる。
【００２４】
そして、排気弁８の閉弁時に燃焼室３内に残留する排気ガスの量（すなわち、吸気行程の完了時に燃焼室３内に残留する排気ガスの量）は、排気弁８の閉弁タイミングＣＡ１から排気上死点ＴＤＣまでの時間Ｔｅｇｒが長いほど多くなる。
【００２５】
まとめると、排気弁８の閉弁タイミングを排気上死点ＴＤＣよりも早いタイミングに設定すると共に吸気弁６の開弁タイミングを排気上死点ＴＤＣまたはそれより遅いタイミングに設定すれば、吸気行程の完了時に、燃焼室３内に排気ガスを含ませておくことができ、排気弁８の閉弁タイミングと排気上死点ＴＤＣまでの時間Ｔｅｇｒを制御すれば、吸気行程の完了時に燃焼室３内に含まれている排気ガスの量（内部ＥＧＲガス量）を制御することができる。
【００２６】
また、図７と同様な図８を参照すると、ここに示した例では、排気弁８は排気上死点ＴＤＣよりも早いクランク角度ＣＡ１にて完全に閉弁し、吸気弁６は同じクランク角度ＣＡ１にて開弁し始める。この場合、排気弁８はピストン５が上死点に達する前に完全に閉弁してしまうが、これと同時に、吸気弁６が開弁し始めるので、排気弁８が完全に閉弁したときに燃焼室３内に残留している排気ガスは、ピストン５の上昇運動によって吸気ポート７に排出される。その後、クランク角度ＣＡが排気上死点ＴＤＣに達した後は、吸気ポート７に排出された排気ガスは空気と共に燃焼室３内に吸入されるので、吸気行程の完了時に、燃焼室３内に排気ガスが含まれていることとなる。
【００２７】
もちろん、吸気弁６の開弁タイミングが排気上死点ＴＤＣよりも早く且つ排気弁８の閉弁タイミングよりも遅いタイミングである限り、上述した作用と同様の作用により、吸気行程の完了時に、燃焼室３内に排気ガスを含ませておくことができる。
【００２８】
そして、クランク角度ＣＡが排気上死点ＴＤＣに達するまでに吸気ポート７に排出される排気ガスの量（内部ＥＧＲガス量）は、排気弁８の閉弁タイミングＣＡ１から排気上死点ＴＤＣまでの時間Ｔｅｇｒが長いほど多くなる。
【００２９】
まとめると、排気弁８の閉弁タイミングを排気上死点ＴＤＣよりも早いタイミングに設定すると共に吸気弁６の開弁タイミングを排気弁８の閉弁タイミングまたはそれより遅いタイミングに設定すれば、吸気行程の完了時に、燃焼室３内に排気ガスを含ませておくことができ、排気弁８の閉弁タイミングと排気上死点ＴＤＣまでの時間Ｔｅｇｒを制御すれば、内部ＥＧＲガス量（すなわち、全体のＥＧＲガス量）を制御することができる。
【００３０】
なお、内部ＥＧＲガスは、図７に示した例では、燃焼室３内に残留していた排気ガスであるが、図８に示した例では、いったん吸気ポート７に排出された排気ガスである。排気ガスが吸気ポート７に排出されると、排気ガスの熱が吸気ポート７にて奪われるので、排気ガスの温度は低くなる。すなわち、図８を参照して説明した作用による内部ＥＧＲガスの温度は、図７を参照して説明した作用による内部ＥＧＲガスの温度よりも低い傾向にある。
【００３１】
また、図７と同様な図９を参照すると、ここに示した例では、排気弁８は排気上死点ＴＤＣにて完全に閉弁し、吸気弁６は排気上死点ＴＤＣよりも早いクランク角度ＣＡ１にて開弁し始める。この場合、排気弁８はピストン５が上死点に達するまで開弁しているが、吸気弁６が排気上死点ＴＤＣよりも早いタイミングで開弁し始まるので、燃焼室３内の排気ガスはピストン５の上昇運動によって吸気ポート７に排出される。そして、排気上死点ＴＤＣ以降、ピストン５の下降運動によって吸気ポート７に排出された排気ガスが空気と共に燃焼室３内に吸入されるので、吸気行程の完了時に、燃焼室３内に排気ガスが含まれていることとなる。すなわち、図９に示した例においても、図８を参照して説明した作用と同じ作用でもって、吸気行程の完了時に、燃焼室３内に排気ガスが含まれていることとなる。
【００３２】
もちろん、吸気弁６の開弁タイミングが排気上死点ＴＤＣよりも早いタイミングである限り、上述した作用と同様の作用により、吸気行程の完了時に、燃焼室３内に排気ガスを含ませておくことができる。
【００３３】
そして、クランク角度ＣＡが排気上死点ＴＤＣに達するまでに吸気ポート７に排出される排気ガスの量（内部ＥＧＲガス量）は、吸気弁６の開弁タイミングＣＡ１から排気上死点ＴＤＣまでの時間Ｔｅｇｒが長いほど多くなる。
【００３４】
まとめると、排気弁８の閉弁タイミングを排気上死点ＴＤＣに設定すると共に吸気弁６の開弁タイミングを排気上死点ＴＤＣよりも早いタイミングに設定すれば、吸気行程の完了時に、燃焼室３内に排気ガスを含ませておくことができ、排気弁８の閉弁タイミングと排気上死点ＴＤＣまでの時間Ｔｅｇｒを制御すれば、内部ＥＧＲガス量（すなわち、全体のＥＧＲガス量）を制御することができる。
【００３５】
なお、内部ＥＧＲガス量は、吸気弁６の開弁タイミングＣＡ１から排気上死点ＴＤＣまでの時間Ｔｅｇｒが長いほど多くなるが、時間Ｔｅｇｒの間、排気弁８も開弁しており、排気ガスは排気ポート９にも排出されるので、時間Ｔｅｇｒが同じであっても、図９を参照して説明した作用による内部ＥＧＲガスの量は、図８を参照して説明した作用による内部ＥＧＲガスの量よりも少ない傾向にある。
【００３６】
また、図７と同様な図１０を参照すると、ここに示した例では、排気弁８は排気上死点ＴＤＣよりも遅いクランク角度ＣＡ２にて完全に閉弁し、吸気弁６は排気上死点ＴＤＣよりも早いクランク角度ＣＡ１にて開弁し始める。この場合、クランク角度ＣＡ１から排気上死点ＴＤＣまでの間では、燃焼室３内の排気ガスがピストン５の上昇運動によって吸気ポート７に排出される。そして、排気上死点ＴＤＣ以降、ピストン５の下降運動によって吸気ポート７に排出された排気ガスが空気と共に燃焼室３内に吸入され、また、排気上死点ＴＤＣからクランク角度ＣＡ２までの間、排気弁８が開弁しているので、ピストン５の下降運動によって排気ポート９内の排気ガスが燃焼室３内に吸入される。こうして、吸気行程の完了時に、燃焼室３内に排気ガスが含まれていることとなる。
【００３７】
そして、この場合の内部ＥＧＲガス量は、吸気弁６の開弁タイミングＣＡ１から排気弁８の閉弁タイミングＣＡ２までの時間（いわゆるバルブオーバーラップ時間）Ｔｅｇｒが長いほど多くなる。
【００３８】
まとめると、排気弁８の閉弁タイミングを排気上死点ＴＤＣよりも遅く設定すると共に吸気弁６の開弁タイミングを排気上死点ＴＤＣよりも早いタイミングに設定すれば、吸気行程の完了時に、燃焼室３内に排気ガスを含ませておくことができ、吸気弁６の開弁タイミングから排気弁８の閉弁タイミングまでの時間Ｔｅｇｒを制御すれば、内部ＥＧＲガス量（すなわち、全体のＥＧＲガス量）を制御することができる。
【００３９】
以下、簡単に説明すると、図１１（Ａ）に示したように、吸気弁６の開弁タイミングを排気上死点ＴＤＣよりも遅いタイミングに設定すると共に排気弁８の閉弁タイミングを排気上死点ＴＤＣよりも遅く且つ吸気弁６の開弁タイミングよりも遅いタイミングＣＡ２に設定すれば、ＥＧＲガスを燃焼室３内に含ませておくことができ、排気上死点ＴＤＣから排気弁８の閉弁タイミングまでの時間Ｔｅｇｒを制御すれば、内部ＥＧＲガス量（すなわち、全体のＥＧＲガス量）を制御することができる。
【００４０】
また、図１１（Ｂ）に示したように、吸気弁６の開弁タイミングを排気上死点ＴＤＣよりも遅いタイミングに設定すると共に排気弁８の閉弁タイミングを排気上死点ＴＤＣよりも遅く且つ吸気弁６の開弁タイミングよりも早いタイミングＣＡ２に設定すれば、ＥＧＲガスを燃焼室３内に含ませることができ、排気上死点ＴＤＣから排気弁８の閉弁タイミングまでの時間Ｔｅｇｒを制御すれば、内部ＥＧＲガス量（すなわち、全体のＥＧＲガス量）を制御することができる。
【００４１】
ところで、燃焼室内での燃料の燃焼中に燃焼室内の圧力（以下、筒内圧力とも称す）が上昇することによって未燃の燃料が火炎の伝播を待たずに自己着火して燃焼してしまう現象（いわゆる、デトネーション）により、内燃機関にいわゆるノッキングが発生することがある。このデトネーションが生じる原因としては、燃焼室内の温度（以下、筒内温度とも称す）が高いこと、圧縮比が高いこと、そして、点火タイミングが早いことが挙げられる。したがって、内部ＥＧＲガス量を少なくすることによって筒内温度を下げたり（内部ＥＧＲガスの温度は外部ＥＧＲガスの温度に比べて高く、内部ＥＧＲガス量が多いと、筒内温度が高くなる）、内部ＥＧＲガスの温度を下げる（いったん吸気ポートに排出された排気ガスを再び燃焼室内に吸入することにより内部ＥＧＲガスの温度は下がる）ことによって筒内温度を下げたり、吸気量を減らすことによって圧縮比を小さくしたり、点火タイミングを遅くしたりすれば、ノッキング（の発生）を抑制することができる。
【００４２】
ところが、目標吸気量、目標ＥＧＲ率、および、目標点火タイミングといったパラメータは、内燃機関に対する様々な要求（例えば、燃費を可能な限り高く維持することや三元触媒の熱劣化を抑制することなど）を可能な限り達成するように設定されるので、ノッキングを抑制するためとはいえ、これらパラメータを変更すると、少なからず、内燃機関に対する要求の１つ又は幾つかを十分に達成することができない可能性があり、特に、達成することができない要求が非常に重要な要求である場合には、パラメータを変更することは好ましくない。
【００４３】
そこで、本実施形態では、ノックセンサ３１によってノッキングが検出されたときには、上述したように決定された吸気量、内部ＥＧＲガス量、および、点火タイミングを内燃機関に対する要求に応じて補正制御する。以下、内燃機関に対する要求として、燃費を可能な限り高く維持すること、三元触媒の熱劣化を抑制すること、ノッキングを抑制したことによる出力トルクの低下分を可能な限り小さくすること、ノックセンサ３１によってノッキングが検出されたときにそのノッキングを抑制するまでにかかる時間を可能な限り短くすること（ノッキング抑制のための応答性を可能な限り高くすること）、という要求を採用した場合について説明する。
【００４４】
内燃機関に対する最も重要な要求が燃費を可能な限り高く維持することである場合には、ノッキングを抑制するために実行する処理の優先順位を、高い方から順に、吸気量を少なくする処理、内部ＥＧＲガス量を少なくする処理（内部ＥＧＲガスの温度を下げる処理を含む）、点火タイミングを遅くする処理とし、ノックセンサ３１によってノッキングを検出したときには、始めに、最も優先順位の高い処理（ここでは、吸気量を少なくする処理）を行う。この吸気量を少なくする処理では、少なくとも、吸気弁の最大リフト量が小さくされるか或いは吸気弁の閉弁タイミングが早くされる。これにより、圧縮比が小さくなるので、ノッキングが抑制される。
【００４５】
また、吸気量を少なくする処理を行ってもなお、ノッキングが抑制されないときには、次に優先順位の高い処理（ここでは、内部ＥＧＲガス量を少なくする処理（内部ＥＧＲガスの温度を下げる処理を含む））を行う。この内部ＥＧＲガス量を少なくする処理では、少なくとも、内部ＥＧＲガス量が少なくなるように排気弁の閉弁タイミングが制御され或いは吸気弁の開弁タイミングが制御される。また、この内部ＥＧＲガス量を少なくする処理に代えて、あるいは、これに加えて、内部ＥＧＲガスの温度を下げる処理を行ってもよい。この内部ＥＧＲガスの温度を下げる処理では、内部ＥＧＲガスのうち吸気ポート７に排出されてから再び燃焼室３内に吸入される内部ＥＧＲガスの量が多くなるように吸気弁６の開弁タイミングが制御される。これにより、筒内温度が下がるので、ノッキングが抑制される。
【００４６】
さらに、内部ＥＧＲガス量を少なくする処理を行ってもなお、ノッキングが抑制されないときには、次に優先順位の高い処理（ここでは、点火タイミングを遅くする処理）を行う。これにより、点火タイミングが遅くなるので、ノッキングが抑制される。
【００４７】
また、内燃機関に対する最も重要な要求が三元触媒の熱劣化を抑制することである場合には、ノッキングを抑制するために実行する処理の優先順位を、高い方から順に、吸気量を少なくする処理、内部ＥＧＲガス量を少なくする処理（内部ＥＧＲガスの温度を下げる処理を含む）、点火タイミングを遅くする処理とする。これによれば、ノックセンサ３１によってノッキングを検出したときには、始めに、吸気量を少なくする処理が行われるので、燃焼室３から排気通路に排出される排気ガスの量が少なくなり、したがって、三元触媒２３に排気ガスによってもたらされる熱量も少なくなる。したがって、ノッキングを抑制すると共に、三元触媒の熱劣化を抑制することができる。
【００４８】
以降、吸気量を少なくする処理を行ってもなお、ノッキングが抑制されないときには、内部ＥＧＲガス量を少なくする処理を行い、それでもなお、ノッキングが抑制されないときには、点火タイミングを遅くする処理を行う。
【００４９】
また、内燃機関に対する最も重要な要求がノッキングを抑制したことによる出力トルクの低下分を可能な限り小さくすることである場合には、ノッキングを抑制するために実行する処理の優先順位を、高い方から順に、内部ＥＧＲガス量を少なくする処理（内部ＥＧＲガスの温度を下げる処理を含む）、点火タイミングを遅くする処理、吸気量を少なくする処理とする。これによれば、ノッキングを検出したときには、始めに、内部ＥＧＲガス量を少なくする処理が行われ、吸気量を少なくする処理は行われない。さらに、内部ＥＧＲガス量を少なくする処理が行われてもなお、ノッキングが抑制されないときには、点火タイミングを遅くする処理が行われ、吸気量を少なくする処理は行われない。このように、吸気量を少なくする処理が行われなければ、吸気量は十分に確保されているので、ノッキングを抑制したことによる出力トルクの低下分はほとんどない。したがって、ノッキングを抑制すると共に、ノッキングを抑制したことによる出力トルクの低下分を小さくすることができる。
【００５０】
また、内燃機関に対する最も重要な要求がノッキング抑制のための応答性を可能な限り高くすることである場合には、ノッキングを抑制するために実行する処理の優先順位を、高い方から順に、点火タイミングを遅くする処理、内部ＥＧＲガス量を少なくする処理（内部ＥＧＲガスの温度を下げる処理を含む）、吸気量を少なくする処理とする。ここで、内部ＥＧＲガス量を少なくしたり吸気量を少なくしたりするのには比較的時間がかかるが、点火タイミングは非常に素早く変更可能である。本実施形態では、ノックセンサ３１によってノッキングを検出したときには、始めに、点火タイミングが遅くされるので、ノッキングは高い応答性をもって抑制されることになる。
【００５１】
なお、上述した実施形態では、内燃機関に対する要求として４つの要求を採用しているが、これら以外の要求を採用してもよく、また、上述した実施形態では、ノッキングを抑制するための処理として３つの処理を採用しているが、これら以外の処理を採用してもよい。
【００５２】
したがって、より一般的に表現すると、上述した実施形態は、内燃機関に対する要求のうち最も重要な要求（すなわち、内燃機関に対する所定の要求）に応じて、この要求が可能な限り達成されるよう、すなわち、この要求に対する影響が可能な限り小さくなるように、ノッキングを抑制するために実行する処理に優先順位をつけ、ノッキングを検出したときには、始めに、最も優先順位の高い処理を行い、この処理によってもノッキングが抑制されないときに、次に優先順位の高い処理を行うものであると言える。
【００５３】
ところで、本実施形態では、ＥＧＲ通路２４を介して燃焼室３内に排気ガスを導入可能である。ここで、ＥＧＲ通路２４を介して燃焼室３内に導入される排気ガス（外部ＥＧＲガス）は、ＥＧＲ通路２４内を流れる間に熱を放出し、さらに、インタークーラ２５によって冷却もされるので、その温度は、吸気弁６の開弁タイミングおよび排気弁８の閉弁タイミングを制御することによって燃焼室３内に残された排気ガス（内部ＥＧＲガス）の温度や、吸気弁６の開弁タイミングを制御することによっていったん吸気ポート７に排出された後に燃焼室３内に吸入された排気ガス（内部ＥＧＲガス）の温度に比べて低くなっている。
【００５４】
そこで、上述した実施形態において、内部ＥＧＲガスの温度を下げるために、内部ＥＧＲガスのうち、いったん吸気ポート７に排出されてから燃焼室３内に吸入される内部ＥＧＲガスの量を多くするのに代えて、全体のＥＧＲガスのうち、ＥＧＲ通路２４を介して燃焼室３内に吸入される外部ＥＧＲガスの量を多くするようにしてもよい。これによっても、結果的には、全体的に見れば、ＥＧＲガスの温度を下げることができる。また、上述した実施形態において、内部ＥＧＲガス量を少なくした分だけ、外部ＥＧＲガス量を多くするようにしてもよい。これによれば、ＥＧＲ率を所望のＥＧＲ率に保ったまま、ＥＧＲガスの温度を全体として下げることができる。
【００５５】
また、上述した実施形態において、吸気量を少なくするために吸気弁６の最大リフト量を小さくし或いは吸気弁６の閉弁タイミングを早くしたとしても、ノッキングが抑制されない場合には、スロットル弁１８の開度を小さくすることによって、吸気量をさらに少なくするようにしてもよい。
【００５６】
また、上述した実施形態において、吸気量を少なくするために吸気弁６の最大リフト量を小さくし或いは吸気弁６の閉弁タイミングを早くするのに代えて、スロットル弁１８の開度を小さくするようにしてもよい。これによっても、吸気量を少なくすることができる。
【００５７】
また、上述した実施形態において、吸気弁６の閉弁タイミングを早くすることによって吸気量を少なくしたときに、吸気弁６の開弁時間（作用角）がそれ以上小さくならないところ（最小値）まで吸気弁６の閉弁タイミングを早めたとしてもノッキングが抑制されない場合には、吸気弁６の開弁時間（作用角）を最小値に維持しつつ吸気弁６の開弁タイミングを早めることによって、結果的に、吸気弁６の閉弁タイミングを早めるようにしてもよい。
【００５８】
また、上述した実施形態において、内燃機関の運転が停止されたとしても、ノッキングを抑制することができた吸気量、内部ＥＧＲガス量、および、点火タイミングを記憶しておき、次に内燃機関の運転が開始されたときに、ノッキングを抑制することができたこれら吸気量、内部ＥＧＲガス量、および、点火タイミングの記憶値を利用して、ノッキングを抑制するようにしてもよい。
【００５９】
また、燃費を可能な限り高く維持し且つ排気エミッションを可能な限り良好な状態に維持するためには、ＥＧＲ率を高く維持したほうが好ましいので、上述した実施形態において、ノッキングが抑制されている限りＥＧＲ率が大きくなるように排気弁８の閉弁タイミングおよび吸気弁６の開弁タイミングの少なくとも一方を制御するようにしてもよい。これによれば、ノッキングを抑制しつつ燃費を高く維持できると共に排気エミッションを良好な状態に維持できる。もちろん、内燃機関の運転が停止されたとしても、ノッキングを抑制することができる内部ＥＧＲガス量を記憶しておき、次に内燃機関の運転が開始されたときに、ノッキングを抑制することができたこの内部ＥＧＲガス量を利用して、ノッキングを抑制するようにしてもよい。
【００６０】
ところで、内燃機関の分野では、点火プラグによる燃料の点火前に燃料が自己着火してしまういわゆるプレイグニッションという現象があることが知られている。プレイグニッションは、主に、圧縮比が高いことが原因と考えられており、したがって、プレイグニッションを抑制するためには、吸気量を少なくすればよい。そこで、上述した実施形態において吸気量を少なくする処理は、プレイグニッションを抑制するためにも利用可能である。
【００６１】
【発明の効果】
本発明によれば、ノッキングが抑制されると共に所定の要求が可能な限り達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のノッキング抑制装置を備えた内燃機関を示す全体図である。
【図２】三元触媒の浄化特性を示す図である。
【図３】可変動弁機構の作用を説明するための図であり、（Ａ）は排気弁のリフト曲線を示し、（Ｂ）は吸気弁のリフト曲線を示している。
【図４】可変動弁機構の作用を説明するための図であり、吸気弁のリフト曲線を示している。
【図５】（Ａ）は目標吸気量を決定するために用いられるマップを示し、（Ｂ）は目標ＥＧＲ率を決定するために用いられるマップを示している。
【図６】目標点火タイミングを決定するために用いられるマップを示している。
【図７】ＥＧＲ率の制御方法を説明するための図であり、ＥＸは排気弁のリフト曲線を示し、ＩＮは吸気弁のリフト曲線を示している。
【図８】ＥＧＲ率の制御方法を説明するための図であり、ＥＸは排気弁のリフト曲線を示し、ＩＮは吸気弁のリフト曲線を示している。
【図９】ＥＧＲ率の制御方法を説明するための図であり、ＥＸは排気弁のリフト曲線を示し、ＩＮは吸気弁のリフト曲線を示している。
【図１０】ＥＧＲ率の制御方法を説明するための図であり、ＥＸは排気弁のリフト曲線を示し、ＩＮは吸気弁のリフト曲線を示している。
【図１１】ＥＧＲ率の制御方法を説明するための図であり、ＥＸは排気弁のリフト曲線を示し、ＩＮは吸気弁のリフト曲線を示している。
【符号の説明】
３…燃焼室
４…点火プラグ
５…ピストン
６…吸気弁
７…吸気ポート
８…排気弁
９…排気ポート
１３…吸気管
１５…燃料噴射弁
１８…スロットル弁
２０…エアフローメータ
２２…排気管
２３…三元触媒
２４…ＥＧＲ通路
２６…ＥＧＲ制御弁
２７，２８…カム
２９，３０…可変動弁機構
３１…ノックセンサ
【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】
2004263633.tif 000009
【図８】
2004263633.tif 000010
【図９】
2004263633.tif 000011
【図１０】
2004263633.tif 000012
【図１１】
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