(57)【要約】【課題】的確にノッキングを抑制しながら、その際の排気に含まれる微粒子の量の増加抑制と、燃費改善への悪影響抑制との両立を図る。【解決手段】排気中のパティキュレート量（微粒子量）が許容値以下のときには、点火時期の遅角によりノッキングが抑制されるとともに、燃料噴射量の増量により排気温度の上昇が抑制される。この場合、ノッキング抑制のために吸気バルブ２０のバルブタイミングが変更されて燃費に大きな影響を及ぼすことはない。一方、排気中のパティキュレート量が許容値よりも多いときには、吸気バルブ２０のバルブタイミングを遅角させることによりノッキングが抑制される。この場合、ノッキングを抑制するための点火時期の遅角が行われることはないため、その遅角に伴う排気温度の上昇を抑制するための燃料噴射量の増量も行われず、同増量によって排気中のパティキュレート量が増加することはない。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内に直接燃料を噴射供給するとともに機関バルブのバルブ特性が可変とされる内燃機関に適用され、ノッキングが検出されたときに点火時期を遅角させてノッキングを抑制するとともに、当該点火時期の遅角による排気温度上昇を抑制すべく燃料噴射量を増量する内燃機関の制御装置において、
内燃機関の排気に含まれる微粒子の量が許容値よりも多いときには、ノッキングの検出時に前記点火時期の遅角及び前記燃料噴射量の増量を行う代わりに、前記機関バルブのバルブ特性を燃焼室温度の上昇が抑制されるように変更する制御手段を備える
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、燃焼室温度の上昇を抑制すべく前記機関バルブのバルブ特性を変更する際、その変更量をノッキングの発生頻度に応じて可変とする
請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記機関バルブのバルブ特性を実圧縮比が低下するように変更する
請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記機関バルブのバルブ特性を内部ＥＧＲ量が減少するように変更する
請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記機関バルブのバルブ特性の変更として、吸気バルブの開弁期間を遅角側に変更する
請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記機関バルブのバルブ特性の変更として、吸気バルブの開弁期間を短くして同バルブの開弁時期を遅角側に変更するとともに閉弁時期を進角側に変更する
請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、火花点火式の自動車用エンジン等においては、ノッキングが発生したとき、燃焼室の温度上昇を抑制すべく点火時期を遅角させることにより、ノッキングを抑制することが行われる。
【０００３】
上記のように点火時期の遅角によって燃焼室内の温度上昇を抑制できるのは、点火時期の遅角によって燃焼室内での混合気の燃焼期間が遅角側にずれることから、混合気がその燃焼温度の高いまま排気として排出通路に送り出され、混合気の燃焼時の熱が燃焼室に伝達されにくくなるためである。ただし、この場合には排気温度が上昇することになるため、排気通路に設けられた触媒等に悪影響を及ぼすおそれがある。
【０００４】
このため、排気温度の上昇を抑制すべく燃料噴射量を増量することも知られている（特許文献１参照）。燃料噴射量を増量すると、燃焼室内に存在するガス全体の分子量が増え、当該ガス全体の比熱比が大きくなる。このように燃焼室内のガス全体の比熱比が大きくなると、混合気の燃焼特性が変化して燃焼期間中の燃焼温度のピーク値が下がるとともに、燃焼温度がピーク値を過ぎた後に速やかに低下する。これにより、混合気がその燃焼温度の低い状態で排気として排気通路に送り出され、排気温度が低下するようになる。
【０００５】
ところで、燃焼室に直接燃料を噴射供給する筒内噴射式のエンジンにおいては、燃焼室内に噴射した燃料がピストンの頂面に当たって液状のまま付着することとなる。このため、ノッキング抑制のための点火時期遅角に併せて上記のように燃料噴射量が増量されると、ピストンの頂面に付着する液状燃料の量が増え、同燃料が燃焼時までに気化しきらなくなるおそれがある。そして、ピストンの頂面に液状の燃料が付着したままの状態で燃焼が行われると、同液状燃料が焼き付いて煤を主成分とする微粒子（パティキュレート）が発生し、このパティキュレートが排気とともに排出されることとなる。
【０００６】
また、点火時期の遅角によってノッキングを抑制する代わりに、燃焼室温度の上昇が抑制されるよう機関バルブのバルブタイミングを実圧縮比低下側に制御してノッキングを抑制することも提案されている（特許文献２参照）。この場合、ノッキング抑制の際に排気温度が上昇することはなく、その上昇を抑制するための燃料噴射量の増量も必要ないことから、同増量に伴うパティキュレートの発生が抑制される。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−５０８７７号公報
【特許文献２】
特開平８−３３８２７２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようにバルブタイミング制御によってノッキングを抑制することにより、燃料噴射量の増量に伴うパティキュレートの発生を抑制することはできる。ただし、機関バルブのバルブタイミングは、通常は燃費が最も良好となる実圧縮比が得られるタイミング（以下、最適タイミングという）に設定されている。このため、ノッキング抑制のためにバルブタイミングが上記最適タイミングから外れると、燃費に大きな影響を及ぼす実圧縮比が最適値から離れ、燃費改善への妨げとなることは否めない。
【０００９】
なお、特許文献１に示されるように点火時期の遅角によってノッキングを抑制する場合にも燃費に悪影響を及ぼすことは避けられないが、この場合の燃費への影響はバルブタイミング制御でのノッキング抑制に伴う燃費への影響に比べて小さくてすむ。これは、ノッキング抑制のための点火時期の遅角では、燃費に大きな影響を及ぼす実圧縮比が変化することはなく、同実圧縮比が最適値に維持されるためである。
【００１０】
以上のように、ノッキング抑制のための制御として点火時期の遅角を採用すると、同遅角に伴う燃料噴射量の増量によって排気中のパティキュレートが増加するという問題が生じ、ノッキング抑制のための制御としてバルブタイミング制御を採用すると、燃費への悪影響が大きくなるという問題が生じる。
【００１１】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、的確にノッキングを抑制しながら、その際の排気に含まれる微粒子（パティキュレート）の量の増加抑制と、燃費改善への悪影響抑制との両立を図ることのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明では、燃焼室内に直接燃料を噴射供給するとともに機関バルブのバルブ特性が可変とされる内燃機関に適用され、ノッキングが検出されたときに点火時期を遅角させてノッキングを抑制するとともに、当該点火時期の遅角による排気温度上昇を抑制すべく燃料噴射量を増量する内燃機関の制御装置において、内燃機関の排気に含まれる微粒子の量が許容値よりも多いときには、ノッキングの検出時に前記点火時期の遅角及び前記燃料噴射量の増量を行う代わりに、前記機関バルブのバルブ特性を燃焼室温度の上昇が抑制されるように変更する制御手段を備えた。
【００１３】
上記構成によれば、排気に含まれる微粒子の量が許容値以下のときには、点火時期の遅角により燃焼室温度の上昇が抑制されてノッキングが抑制されるとともに、燃料噴射量の増量によって排気温度の上昇が抑制される。この場合、ノッキングを抑制するために機関バルブのバルブ特性が変更されることはないため、バルブ特性の変更に伴い実圧縮比が燃費を最も良好にする値から離れ、燃費改善への妨げとなるのを抑制することができる。一方、排気に含まれる微粒子の量が許容値よりも多いときには、機関バルブのバルブ特性の変更により燃焼室温度の上昇が抑制されてノッキングが抑制されるため、点火時期遅角に伴う排気温度の上昇を抑制するための燃料噴射量の増量を行わなくてもよくなる。このため、燃料噴射量の増量に伴い排気に含まれる微粒子の量が増加するのを抑制することができる。以上のように、排気に含まれる微粒子の量に応じてノッキングを抑制する仕方を変更することで、的確にノッキングを抑制しながら、その際に排気に含まれる微粒子の量の増加抑制と燃費改善への悪影響抑制とを両立することができる。
【００１４】
請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記制御手段は、燃焼室温度の上昇を抑制すべく前記機関バルブのバルブ特性を変更する際、その変更量をノッキングの発生頻度に応じて可変とするものとした。
【００１５】
上記構成によれば、ノッキングの発生頻度に応じて可変とされる変更量分だけ機関バルブのバルブ特性が変更され、これによりノッキングの抑制が図られる。ノッキングの発生頻度としては、例えば所定期間中におけるノッキングの発生回数といった、検出に比較的長い時間が必要なものが用いられる。このため、一回のノッキングの発生毎にバルブ特性を変更させる場合のように、バルブ特性の変更が頻繁に行われることはなくなる。また、機関バルブのバルブ特性は点火時期や燃料噴射量などに比べて応答性よく変更することは難しいが、バルブ特性の変更が頻繁に行われることはないため、この頻繁な変更の際の応答遅れに起因して不都合が生じるのを抑制することができる。従って、頻繁なバルブ特性の変更に伴う不都合を抑制しつつ、上記変更量分のバブル特性の変更によって的確にノッキングを抑制することができる。
【００１６】
請求項３記載の発明では、請求項１又は２記載の発明において、前記制御手段は、前記機関バルブのバルブ特性を実圧縮比が低下するように変更するものとした。
【００１７】
上記構成によれば、排気に含まれる微粒子の量が許容値よりも多いとき、ノッキング発生に基づいて機関バルブのバルブ特性が実圧縮比を低下させるように変更されると、燃焼時の燃焼室内の圧力が低くなることから燃焼温度の上昇が抑えられる。その結果、燃焼室温度の上昇が的確に抑制され、ノッキングが抑制されるようになる。
【００１８】
請求項４記載の発明では、請求項１又は２記載の発明において、前記制御手段は、前記機関バルブのバルブ特性を内部ＥＧＲ量が減少するように変更するものとした。
【００１９】
上記構成によれば、排気に含まれる微粒子の量が許容値よりも多いとき、ノッキング発生に基づいて機関バルブのバルブ特性が内部ＥＧＲ量を減少させるように変更されると、燃焼時に燃焼室内に存在する温度の高い排気の量が少なくなる。その結果、燃焼室温度の上昇が的確に抑制され、ノッキングが抑制されるようになる。
【００２０】
請求項５記載の発明では、請求項１又は２記載の発明において、前記制御手段は、前記機関バルブのバルブ特性の変更として、吸気バルブの開弁期間を遅角側に変更するものとした。
【００２１】
上記構成によれば、排気に含まれる微粒子の量が許容値よりも多いとき、ノッキング発生に基づいて吸気バルブの開弁期間が遅角側に変更されると、吸気バルブの開弁時期及び閉弁時期が遅角するようになる。吸気バルブの開弁時期が遅角すると、吸気バルブと排気バルブとのバルブオーバラップが小となり、内部ＥＧＲ量が少なくなることから、燃焼時に燃焼室内に存在する温度の高い排気の量が少なくなる。また、吸気バルブの閉弁時期が遅角すると圧縮行程の開始が遅くなり、圧縮行程開始時点での燃焼室容積が小さくなることから実圧縮比が低下し、燃焼時の燃焼室内の圧力が低くなって燃焼温度の上昇が抑えられる。以上により、燃焼室温度の上昇が的確に抑制され、ノッキングが抑制されるようになる。
【００２２】
請求項６記載の発明では、請求項１又は２記載の発明において、前記制御手段は、前記機関バルブのバルブ特性の変更として、吸気バルブの開弁期間を短くして同バルブの開弁時期を遅角側に変更するとともに閉弁時期を進角側に変更するものとした。
【００２３】
上記構成によれば、排気に含まれる微粒子の量が許容値よりも多いとき、ノッキング発生に基づいて吸気バルブの開弁期間が短くされて同バルブの開弁時期が遅角されるとともに閉弁時期が進角されるようになる。吸気バルブの開弁時期が遅角すると、吸気バルブと排気バルブとのバルブオーバラップが小となり、内部ＥＧＲ量が少なくなることから、燃焼時に燃焼室内に存在する温度の高い排気の量が少なくなる。また、吸気バルブの閉弁時期が進角すると吸気行程の終了が早くなり、圧縮行程開始時点での燃焼室内のガス量が少なくなることから実圧縮比が低下し、燃焼時の燃焼室内の圧力が低くなって燃焼温度の上昇が抑えられる。以上により、燃焼室温度の上昇が的確に抑制され、ノッキングが抑制されるようになる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を自動車用の筒内噴射火花点火式エンジンに適用した一実施形態を図１〜図６に従って説明する。
【００２５】
図１に示されるエンジン１においては、吸気通路２から燃焼室３へと吸入される空気と、燃料噴射弁４から燃焼室３内に噴射供給される燃料とからなる混合気に対し、点火プラグ５による点火が行われる。そして、この点火により燃焼室３内の混合気が燃焼すると、そのときの燃焼エネルギによりピストン６が往復移動する。このピストン６の往復移動は、コネクティングロッド８によってエンジン１の出力軸であるクランクシャフト９の回転へと変換される。一方、燃焼後の混合気は、排気として燃焼室３から排気通路７に送り出され、同通路７に設けられた触媒コンバータ７ａによって浄化される。
【００２６】
エンジン１において、吸気通路２と燃焼室３との間は吸気バルブ２０の開閉動作によって連通・遮断され、排気通路７と燃焼室３との間は排気バルブ２１の開閉動作によって連通・遮断される。そして、吸気バルブ２０及び排気バルブ２１は、クランクシャフト９の回転が伝達される吸気カムシャフト２２及び排気カムシャフト２３の回転に伴い、それらシャフト２２，２３の吸気カム及び排気カムに押されて開閉動作する。
【００２７】
吸気カムシャフト２２には、クランクシャフト９の回転に対する吸気カムシャフト２２の相対回転位相を変更することで、吸気バルブ２０のバルブ特性としてバルブタイミング（開閉タイミング）を変更するバルブタイミング可変機構２５が設けられている。そして、このバルブタイミング可変機構２５を作動させ、吸気バルブ２０の開弁期間を進角側又は遅角側に移行させることにより、吸気バルブ２０の開弁時期及び閉弁時期が変化するようになる。
【００２８】
この吸気バルブ２０の開弁時期及び閉弁時期の変化について、図２及び図３を参照して説明する。なお、これらの図中において、矢印ＩＮは吸気バルブ２０の開弁期間を表し、矢印ＥＸは排気バルブ２１の開弁期間を表している。また、図２は吸気バルブ２０のバルブタイミングを進角させて開弁期間を進角側に移行させた状態を示し、図３は同バルブタイミングを遅角させて開弁期間を遅角側に移行させた状態を示している。
【００２９】
吸気バルブ２０のバルブタイミングを進角させると（図２）、吸気バルブ２０の開弁期間の進角側への移行（図中左回転方向への移行）に伴い、同バルブ２０の開弁時期Ｏｉｎ及び閉弁時期Ｃｉｎが進角する。また、吸気バルブ２０のバルブタイミング遅角させると（図３）、吸気バルブ２０の開弁期間の遅角側への移行（図中右回転方向への移行）に伴い、同バルブ２０の開弁時期Ｏｉｎ及び閉弁時期Ｃｉｎが遅角する。吸気バルブ２０の開弁時期Ｏｉｎが排気バルブ２１の閉弁時期Ｃｅｘよりも遅角すると、吸気バルブ２０と排気バルブ２１とのバルブオーバラップが小となり、燃焼時に燃焼室３内に残留する排気の量（ＥＧＲ量）が少なくなる。また、吸気バルブの開弁時期Ｏｉｎが吸気下死点（ＢＤＣ）よりも遅角して圧縮行程の開始が遅くなると、圧縮行程開始時点での燃焼室３の容積が小さくなることから実圧縮比が低下する。
【００３０】
次に、エンジン１の制御装置の電気的構成について説明する。
エンジン１において、燃料噴射弁４からの燃料の噴射量、点火プラグ５の点火時期、スロットルバルブ１１の開度、及びバルブタイミング可変機構２５の作動は、エンジン１を運転制御すべく自動車に搭載された電子制御装置３５を通じて制御される。また、電子制御装置３５には、以下に示される各種センサからの検出信号が入力される。
【００３１】
・クランクシャフト９の回転に対応した信号を出力するクランクポジションセンサ１０。
・吸気カムシャフト２２の回転位置を検出するためのカムポジションセンサ２４。
【００３２】
・自動車の運転者によって踏み込み操作されるアクセルペダル１３の踏み込み量（アクセル踏込量）を検出するアクセルポジションセンサ１４。
・吸気通路２に設けられて同通路２の空気流通面積を変更すべく開閉動作するスロットルバルブ１１の開度を検出するスロットルポジションセンサ１５。
【００３３】
・吸気通路２におけるスロットルバルブ１１よりも下流側の圧力（吸気圧）を検出するバキュームセンサ１２。
・エンジン１でのノッキング発生の有無に対応した信号を出力するノックセンサ３６。
【００３４】
・排気通路７に設けられて排気中に存在する煤を主成分とする微粒子（パティキュレート）の量を検出するパティキュレート検出センサ３４。
なお、上記パティキュレート検出センサ３４としては、例えば排気通路７中の排気を通過するようレーザ光を照射するとともに、当該排気を通過した後のレーザ光を受光し、そのレーザ光の透過率に対応した信号を出力するものが用いられる。
【００３５】
ここで、電子制御装置３５を通じて行われる点火時期制御、燃料噴射量制御、及び吸気バルブ２０のバルブタイミング制御について、各制御毎に詳しく説明する。
【００３６】
［点火時期制御］
エンジン１の点火時期は、電子制御装置３５により点火時期指令値ＳＡｔに基づき制御される。この点火時期指令値ＳＡｔは、エンジン回転速度ＮＥ、エンジン負荷ＫＬ、及び実バルブタイミングＶＶＴｒに基づき、例えば予め定められたマップを参照して算出される。
【００３７】
なお、上記エンジン回転速度ＮＥはクランクポジションセンサ１０の検出信号から求められ、上記実バルブタイミングＶＶＴｒは、クランクポジションセンサ１０の検出信号、及びカムポジションセンサ２４の検出信号に基づき求められる。また、上記エンジン負荷ＫＬは、エンジン回転速度ＮＥ及びエンジン１の吸入空気量に関係するパラメータに基づき求められる。こうしたパラメータとしては、アクセルポジションセンサ１４からの検出信号に基づき求められるアクセル踏込量、バキュームセンサ１２からの検出信号に基づき求められる吸気圧、及びスロットルポジションセンサ１５からの検出信号に基づき求められるスロットル開度等が用いられる。
【００３８】
また、点火時期指令値ＳＡｔは、ノッキング発生の有無に基づき増減される点火時期遅角量Ｙ分だけ遅角補正される。ノッキング発生の有無はノックセンサ３６の検出信号に基づき判断される。そして、上記点火時期遅角量Ｙは、ノッキング発生ありの旨判断される毎に所定値ずつ増量され、ノッキング発生なしの旨判断される毎に所定値ずつ減量される。その結果、点火時期遅角量Ｙ分だけ遅角補正される点火時期指令値ＳＡｔは、ノッキングが発生する毎に徐々に遅角側の値をとるようになり、ノッキング発生がないときには徐々に進角側の値をとるようになる。
【００３９】
点火時期遅角量Ｙ分だけ遅角補正される点火時期指令値ＳＡｔに基づき点火時期を制御することで、ノッキングが発生したときには点火時期が遅角することとなる。このように点火時期を遅角させると、燃焼室３内での混合気の燃焼期間が遅角側にずれることから、混合気がその燃焼温度の高いまま排気として排気通路７に送り出され、混合気の燃焼時の熱が燃焼室３に伝達されにくくなる。その結果、燃焼室３の温度上昇が抑制され、ノッキングが抑制されるようになる。ただし、点火時期の遅角によってノッキングを抑制するときには、混合気がその燃焼温度の高いまま排気として排気通路に送り出されるために排気温度の上昇を招き、触媒コンバータ７ａ等に悪影響を及ぼすこととなる。
【００４０】
［燃料噴射量制御］
エンジン１の燃料噴射量制御については、電子制御装置３５を通じて燃料噴射量指令値Ｑに基づき燃料噴射弁４が駆動されることによって実現される。この燃料噴射量指令値Ｑは、エンジン回転速度ＮＥ、エンジン負荷ＫＬ、及び実バルブタイミングＶＶＴｒに基づき、例えば予め定められたマップを参照して算出される。そして、燃料噴射量指令値Ｑに対応した量の燃料が噴射されるよう燃料噴射弁４が駆動され、当該燃料が燃焼室３内に噴射供給される。なお、燃焼室３内に直接燃料が噴射供給されると、その燃料の一部がピストン６の頂面に当たるようになる。
【００４１】
また、燃料噴射量指令値Ｑは、排気温度の上昇を抑制するための燃料噴射量の増量を行うべく噴射量増量値ｋＲ分だけ増量補正される。こうした燃料噴射量の増量による排気温度の上昇抑制は、エンジン１の高回転高負荷時やノッキング抑制のための点火時期遅角時など、排気温度が上昇し易い状況のもとで実行される。上記噴射量増量値ｋＲは、エンジン回転速度ＮＥ、エンジン負荷ＫＬ、及び実バルブタイミングＶＶＴｒに基づき算出されるとともに、ノッキングの発生時には上述した点火時期遅角量Ｙの増減に応じて増減する増加量Ａ分だけ増量される。
【００４２】
即ち、噴射量増量値ｋＲの増加量Ａは、点火時期遅角量Ｙの増量に応じて増量されるとともに、点火時期遅角量Ｙの減量に応じて減量される。従って、増加量Ａを含む噴射量増量値ｋＲによって増量補正される燃料噴射量指令値Ｑに基づき燃料噴射量を制御することで、ノッキング抑制のための点火時期遅角が行われたとき、それに伴う排気温度の上昇を抑制するための燃料噴射量の増量が行われることとなる。なお、このように燃料噴射量の増量によって排気温度の上昇を抑制することができるのは、当該増量により混合気の燃焼特性が変化し、燃焼期間中の燃焼温度のピーク値が下がるとともに、燃焼温度がピーク値を過ぎた後に速やかに低下するためである。
【００４３】
［バルブタイミング制御］
吸気バルブ２０のバルブタイミング制御は、電子制御装置３５を通じて、実バルブタイミングＶＶＴｒが目標バルブタイミングＶＶＴｔに近づくよう、バルブタイミング可変機構２５を作動させることによって実現される。この目標バルブタイミングＶＶＴｔは、エンジン回転速度ＮＥ及びエンジン負荷ＫＬから求められるものであって、そのときのエンジン回転速度ＮＥ及びエンジン負荷ＫＬで燃費が最も良好となる実圧縮比が得られるバルブタイミング（最適タイミング）である。従って、上記バルブタイミング制御を行うことにより、燃費が最も良好となる状態でエンジン１を運転することができる。
【００４４】
次に、エンジン１のノッキング抑制について、図４のタイムチャートを併せ参照して説明する。
図４（ａ）に示されるようにノッキングが連続して発生すると、ノッキング検出毎に点火時期遅角量Ｙが図４（ｂ）に示されるように徐々に増量され、それに伴い点火時期指令値ＳＡｔが図４（ｃ）に示されるように徐々に遅角側の値に変更される。この点火時期指令値ＳＡｔに基づく点火時期制御により、燃焼室３の温度上昇を抑制するための点火時期の遅角が行われる。
【００４５】
また、上記点火時期遅角量Ｙの増量に応じて噴射量増量値ｋＲの増加量Ａが、図４（ｅ）に示される徐々に増量されることとなる。従って、増加量Ａを含む噴射量増量値ｋＲも図４（ｄ）に示されるように徐々に増量され、それに伴い燃料噴射量指令値Ｑが図４（ｆ）に示されるように徐々に増量側の値に変更される。この燃料噴射量指令値Ｑに基づく燃料噴射量制御により、上記点火時期の遅角に伴う排気温度の上昇が抑制される。
【００４６】
ただし、筒内噴射式のエンジン１においては、燃焼室３内に噴射された燃料の一部がピストン６の頂面に当たって液状燃料として付着することとなる。このため、上記のような燃料噴射量の増量が行われると、ピストン６の頂面に付着する液状燃料の量が増え、同燃料が燃焼時までに気化しきらなくなるおそれがある。そして、ピストン６の頂面に液状の燃料が付着したままの状態で燃焼が行われると、同液状燃料が焼き付いて煤を主成分とする微粒子（パティキュレート）が発生する。
【００４７】
このパティキュレートが排気とともに排出されることから、排気中のパティキュレート量は、排気温度の上昇を抑制するための上記燃料噴射量の増量に伴い、図４（ｇ）に示されるように徐々に増加してゆく。従って、ノッキングの発生が連続するときには、その抑制を図るために点火時期が大幅に遅角側に制御されることに伴い、同遅角制御による排気温度の上昇を抑制するための燃料噴射量が大幅に増量されるため、排気中のパティキュレート量が許容値ａを越えて多くなる（タイミングｔ１）。なお、排気中のパティキュレート量は、パティキュレート検出センサ３４からの検出信号に基づき求められる。
【００４８】
上記のような実情から、ノッキング検出時において、排気中のパティキュレート量が許容値ａよりも多いときには、ノッキング抑制のための点火時期の遅角とそれに伴う排気温度の上昇抑制のための燃料噴射量の増量とを行う代わりに、吸気バルブ２０のバルブタイミングが遅角側に制御される。
【００４９】
即ち、目標バルブタイミングＶＶＴｔを遅角側に補正するためのバルブタイミング遅角量Ｘを、図４（ｈ）に示されるように初期値（例えば「０」）からノッキングの発生頻度に応じた値へと増加させる。なお、ここでのノッキング発生頻度としては、例えば所定期間中におけるノッキングの発生回数が用いられる。このようにノッキングの発生頻度に応じた値へと増加したバルブタイミング遅角量Ｘの分だけ、目標バルブタイミングＶＶＴｔが図４（ｉ）に示されるように遅角側の値に補正される。そして、実バルブタイミングＶＶＴｒが上記目標バルブタイミングＶＶＴｔに近づくようバルブタイミング可変機構２５が作動させられ、実バルブタイミングＶＶＴｒが図４（ｊ）に示されるように遅角側に変更させられる。
【００５０】
このように吸気バルブ２０のバルブタイミング（開弁期間）を遅角側に制御することにより、吸気バルブ２０の開弁時期及び閉弁時期が遅角するようになる。吸気バルブ２０の開時期時期が遅角すると、内部ＥＧＲ量が少なくなって燃焼時に燃焼室３内に存在する温度の高い排気の量が少なくなる。また、吸気バルブ２０の閉弁時期が遅角すると、実圧縮比が低下して燃焼時の燃焼室３内の圧力が低くなり、燃焼温度の上昇が抑えられる。以上により、燃焼室３の温度上昇が的確に抑制され、ノッキングが抑制されるようになる。
【００５１】
排気中のパティキュレート量が許容値ａよりも多く、ノッキング抑制のために吸気バルブ２０のバルブタイミングが遅角側に制御されているとき（タイミングｔ１以後）には、点火時期遅角量Ｙは図４（ｂ）に示されるように「０」とされる。従って、このときには点火時期遅角量Ｙによる点火時期指令値ＳＡｔの遅角側への補正量が「０」となり、ノッキング抑制のための点火時期の遅角が行われることはなくなる。なお、タイミングｔ１後における点火時期指令値ＳＡｔが図４（ｃ）に示されるようにノッキング発生前よりも遅角側の値となるのは、ノッキング抑制のための上記バルブタイミング制御によって実バルブタイミングＶＶＴｒが遅角し、それに適した値として点火時期指令値ＳＡｔが算出されるためである。
【００５２】
また、上記のように点火時期遅角量Ｙが「０」になると、噴射量増量値ｋＲの増加量Ａが図４（ｅ）に示されるように「０」とされ、噴射量増量値ｋＲにおいて点火時期遅角量Ｙの増量に応じて増量していた分（増加量Ａの分）だけ減量される。従って、このときには噴射量増量値ｋＲが図４（ｆ）に示されるように減量側に変更され、燃料噴射量指令値Ｑが増加量Ａに対応した分だけ小さくなり、ノッキング抑制を意図した点火時期遅角に伴う排気温度の上昇を抑制するための燃料噴射量の増量が行われることはなくなる。なお、タイミングｔ１後における噴射量増量値ｋＲが図４（ｄ）に示されるようにノッキング発生前よりも増量側の値になるのは、ノッキング抑制のための上記バルブタイミング制御によって実バルブタイミングＶＶＴｒが遅角し、それに適した値として噴射量増量値ｋＲが算出されるためである。
【００５３】
以上のように、ノッキング抑制のために吸気バルブ２０のバルブタイミングが遅角側に制御されているとき（タイミングｔ１以後）には、点火時期遅角に伴う排気温度の上昇を抑制するための燃料噴射量の増量が行われないため、排気中のパティキュレート量は図４（ｇ）に示されるように徐々に少なくなる。
【００５４】
上記バルブタイミング制御によるノッキングの抑制では、排気中のパティキュレート量の増加を抑制することはできる。ただし、吸気バルブ２０のバルブタイミングは、通常は燃費が最も良好となる実圧縮比の得られるタイミング（最適タイミング）に制御されることから、ノッキング抑制のためのバルブタイミング制御によって同バルブタイミングが最適タイミングからは外れてしまう。その結果、燃費に大きな影響を及ぼす実圧縮比が最適値から離れ、燃費改善への妨げになることは否めない。
【００５５】
このため、本実施形態では、ノッキング検出時において、排気中のパティキュレート量が許容値ａ以下であるときには点火時期遅角によるノッキングの抑制を行い、同パティキュレート量が許容値ａよりも多いときには上記バルブタイミング制御によるノッキングの抑制を行う。これにより、的確にノッキングを抑制しながら、同ノッキングを抑制する際の排気に含まれるパティキュレートの量の増加抑制と、燃費改善への悪影響抑制との両立を図ることができるようになる。
【００５６】
次に、ノッキングを抑制する詳細な手順について、ノッキング抑制ルーチンを示す図５及び図６を参照して説明する。このノッキング抑制ルーチンは、電子制御装置３５を通じて例えば所定時間毎の時間割り込みにて実行される。
【００５７】
ノッキング抑制ルーチンにおいては、まず目標バルブタイミングＶＶＴｔ、点火時期指令値ＳＡｔ、及び噴射量増量値ｋＲを算出するための処理（Ｓ１０１〜Ｓ１０３：図５）が実行される。
【００５８】
即ち、ステップＳ１０１では、エンジン回転速度ＮＥ及びエンジン負荷ＫＬに基づき、通常のエンジン運転時に最も燃費が良好になる実圧縮比の得られる吸気バルブ２０のバルブタイミングとして、目標バルブタイミングＶＶＴｔが算出される。また、ステップＳ１０２では、エンジン回転速度ＮＥ、エンジン負荷ＫＬ、及び実バルブタイミングＶＶＴｒに基づき、通常のエンジン運転時にノッキングを生じさせることなく最も高出力が得られる点火時期の理論上の値として、点火時期指令値ＳＡｔが算出される。更に、ステップＳ１０３では、エンジン回転速度ＮＥ、エンジン負荷ＫＬ、及び実バルブタイミングＶＶＴｒに基づき、高回転高負荷時等における排気温度の上昇を抑制するのに適した燃料噴射量の増量を行うための値として、噴射量増量値ｋＲが算出される。
【００５９】
続いて、ノッキング発生の有無が判断される（Ｓ１０４）。ここでノッキングありの旨判断されると（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、点火時期遅角量Ｙが所定量だけ増量される（Ｓ１０５）。更に、この点火時期遅角量Ｙの増量に応じて増加量Ａが所定量だけ増量され（Ｓ１０６）、同増加量Ａ分だけ噴射量増量値ｋＲが増量される（Ｓ１０７）。一方、ノッキングなしの旨判断されると（Ｓ１０４：ＮＯ）、点火時期遅角量Ｙが所定量だけ減量される（Ｓ１０８）。更に、この点火時期遅角量Ｙの減量に応じて増加量Ａが所定量だけ減量され（Ｓ１０９）、同増加量Ａ分だけ噴射量増量値ｋＲが増量される（Ｓ１０７）。
【００６０】
そして、上記のようにノッキング発生の有無に応じて増減される点火時期遅角量Ｙの分だけ点火時期指令値ＳＡｔが遅角側に補正され（Ｓ１１０）、補正後の点火時期指令値ＳＡｔについて過度に進角側又は遅角側の値にならないようガード処理が施される（Ｓ１１１）。このガード処理後の点火時期指令値ＳＡｔに基づく点火時期制御により、ノッキングの発生時には点火時期が遅角されてノッキング抑制が図られる。
【００６１】
また、点火時期遅角量Ｙに応じて増減される噴射量増量値ｋＲの分だけ燃料噴射量指令値Ｑが増量側に補正される（Ｓ１１２）。この補正後の燃料噴射量指令値Ｑに基づく燃料噴射量制御により、ノッキング抑制を意図した点火時期遅角による排気温度の上昇が抑制される。ステップＳ１１１の処理が行われた後、ステップＳ１１３（図６）に進む。
【００６２】
ステップＳ１１３の処理では、排気中のパティキュレート量が許容値ａよりも多いか否かが判断される。ここで肯定判定であれば、点火時期遅角量Ｙが「０」とされるとともに（Ｓ１１４）、噴射量増量値ｋＲの増加量Ａが「０」とされる（Ｓ１１５）。これにより、ノッキング抑制のための点火時期の遅角、及び同遅角に伴う排気温度の上昇を抑制するための燃料噴射量の増量が停止される。そして、これら点火時期の遅角及び燃料噴射量の増量に代えて、吸気バルブ２０のバルブタイミング制御によるノッキング抑制が行われる。
【００６３】
即ち、ノッキングの発生頻度に応じてバルブタイミング遅角量Ｘが算出され（Ｓ１１６）、このバルブタイミング遅角量Ｘ分だけ目標バルブタイミングＶＶＴｔが遅角側に補正される（Ｓ１１７）。なお、上記バルブタイミング遅角量Ｘは、ノッキングの発生頻度が高く、ノッキングが発生し易いときほど大きくなるように算出される。これは、ノッキングが発生し易いときほど吸気バルブ２０のバルブタイミングを遅角させ、エンジン１の実圧縮比を大きく低下させることがノッキングを抑制する上で好ましいためである。
【００６４】
一方、ステップＳ１１３の処理で否定判定がなされ、排気中のパティキュレート量が許容値ａ以下である旨判断された場合には、バルブタイミング遅角量Ｘが「０」に設定され（Ｓ１１８）、これによりノッキング抑制のための吸気バルブ２０のバルブタイミング制御が行われることはなくなる。このときには、点火時期の遅角によってノッキングの抑制が図られるとともに、点火時期遅角に伴う排気温度の上昇を抑制するために燃料噴射量が増量されるようになる。
【００６５】
以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）排気中のパティキュレート量が許容値ａ以下のときには、点火時期の遅角によりノッキングが抑制されるとともに、燃料噴射量の増量により排気温度の上昇が抑制される。この場合、ノッキング抑制のために吸気バルブ２０のバルブタイミングが変更されることはないため、同バルブタイミングが適正タイミングからずれ、燃費改善への妨げとなるのを抑制することができる。一方、排気中のパティキュレート量が許容値ａよりも多いときには、吸気バルブ２０のバルブタイミングを遅角させることによりノッキングが抑制される。この場合、ノッキングを抑制するための点火時期の遅角が行われることはないため、その遅角に伴う排気温度の上昇を抑制するための燃料噴射量の増量も行われず、同増量によって排気中のパティキュレート量が増加するのを抑制することができる。上記のように、排気中のパティキュレート量に応じてノッキングを抑制する仕方を変更することで、的確にノッキングを抑制しながら、その際の排気中のパティキュレート量の増加抑制と燃費への大きな悪影響抑制とを両立することができる。
【００６６】
（２）ノッキング抑制のために吸気バルブ２０のバルブタイミングを遅角側に制御すると、吸気バルブ２０の開弁期間が遅角側に移行して開弁時期及び閉弁時期が遅角する。吸気バルブ２０の開弁時期が遅角すると、吸気バルブ２０と排気バルブ２１とのバルブオーバラップが小となり、内部ＥＧＲ量が少なくなることから、燃焼時に燃焼室３内に存在する温度の高い排気の量が少なくなる。また、吸気バルブ２０の閉弁時期が遅角すると、圧縮行程の開始が遅くなり、圧縮行程開始時点での燃焼室３の容積が小さくなることから実圧縮比が低下し、燃焼時の燃焼室３内の圧力が低くなって燃焼温度の上昇が抑えられる。従って、吸気バルブ２０のバルブタイミングを遅角側に制御することで、ノッキングが抑制されるよう的確に燃焼室３の温度上昇を抑制することができる。
【００６７】
（３）上記ノッキング抑制のための吸気バルブ２０のバルブタイミング制御では、ノッキングの発生頻度に応じて可変とされるバルブタイミング遅角量Ｘ分だけ吸気バルブ２０のバルブタイミングが遅角側に制御される。ノッキングの発生頻度としては、例えば所定期間中におけるノッキングの発生回数といった、検出に比較的長い時間が必要になるものが用いられる。このため、一回のノッキングの発生毎にバルブタイミング遅角量Ｘを変更させる場合のように、バルブタイミングが頻繁に変更されることはなくなる。また、上記バルブタイミングは点火時期や燃料噴射量に比べて応答性よく変更することは難しいが、バルブタイミングが頻繁に変更されることはないため、この頻繁な変更の際の応答遅れに起因して不都合が生じるのを抑制することができる。従って、頻繁なバルブタイミングの変更に伴う不都合を抑制しつつ、バルブタイミング遅角量Ｘ分のバルブタイミングの遅角によって的確にノッキングを抑制することができる。
【００６８】
なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・ノッキングを抑制するための吸気バルブ２０のバルブ特性の変更として、吸気バルブ２０の開弁期間を遅角側に移行させたが、これに代えて吸気バルブ２０の開弁期間を短くしてもよい。吸気バルブ２０の開弁期間の長さを可変とするためには、例えば吸気カムをそのカムプロフィールが吸気カムシャフト２２の軸線方向に連続的に変化するいわゆる三次元カムとし、この吸気カムを上記軸線方向に変位させるようにした可変動弁機構を用いることが考えられる。
【００６９】
ここで、上記可変動弁機構を用いた吸気バルブ２０のバルブ特性の変更態様を図７に示す。同図に示されるように、吸気カムシャフト２２の回転に対する吸気バルブ２０のリフト量の推移傾向は、吸気カムの上記軸線方向への変位によって例えば実線Ｌ１と実線Ｌ２との間で変化するようになる。即ち、このようにリフト量の推移傾向が変化するよう、吸気カムのカムプロフィールが設定されている。同図から分かるように、吸気カムを上記軸線方向に変位させることで、吸気バルブ２０の開弁期間が変化することとなる。
【００７０】
そして、ノッキングを抑制するためには、例えば吸気バルブ２０の開弁期間が図２に示される状態から図８に示される状態へと短くなるよう、吸気カムが上記軸線方向に変位させられる。上記のように吸気バルブ２０の開弁期間を短くすることで、吸気バルブ２０の開弁時期Ｏｉｎ  が遅角するとともに閉弁時期Ｃｉｎ  が進角することとなる。吸気バルブ２０の開弁時期Ｏｉｎ  が遅角すると、内部ＥＧＲ量が減少することから、燃焼時に燃焼室３内に存在する温度の高い排気の量が少なくなる。また、吸気バルブ２０の閉弁時期が吸気下死点（ＢＤＣ）よりも進角すると、吸気行程の終了が早くなり、圧縮行程開始時点での燃焼室３内のガス量が少なくなることから実圧縮比が低下し、燃焼時の燃焼室３内の圧力が低くなって燃焼温度の上昇が抑えられる。以上により、燃焼室３内の温度上昇が抑制され、ノッキングが抑制されるようになる。
【００７１】
・クランクシャフト９に対する排気カムシャフト２３の相対回転位相を変更するバルブタイミング可変機構を設け、吸気バルブ２０のバルブタイミングだけでなく排気バルブ２１のバルブタイミングを上記機構によって変更し、両者のバルブタイミング制御を通じてノッキングの発生を抑制するようにしてもよい。この場合、内部ＥＧＲ量を一定に保持しつつ実圧縮比を低下させてノッキングを抑制したり、実圧縮比を一定に保持しつつ内部ＥＧＲ量を減少させてノッキングを抑制したりすることもできる。即ち、吸気バルブ２０及び排気バルブ２１の開弁期間を、図２に示される状態から図９に示される状態へと同時に遅角側に移行させることにより、内部ＥＧＲ量を一定に保持しつつ実圧縮比が低下させられる。また、吸気バルブ２０の開弁期間を固定しつつ排気バルブ２１の開弁期間を、図２に示される状態から図１０に示される状態へと遅角させることにより、実圧縮比を一定に保持しつつ内部ＥＧＲ量が減少させられる。
【００７２】
・パティキュレート検出センサとして、レーザ光を利用したものを採用したが、他の形式のものを採用してもよい。例えば吸気通路にパティキュレートを捕集するトラップを設け、このトラップの上流と下流との圧力差に対応した信号を出力する形式のものを採用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の制御装置が適用されるエンジン全体を示す略図。
【図２】吸気バルブの開弁期間を進角側に移行させた状態を説明するのに用いられる説明図。
【図３】吸気バルブの開弁期間を遅角側に移行させた状態を説明するのに用いられる説明図。
【図４】（ａ）〜（ｊ）は、ノッキングを抑制する際の点火時期制御、燃料噴射量制御、及びバルブタイミング制御など各種制御の説明に用いられるタイムチャート。
【図５】ノッキング抑制手順を示すフローチャート。
【図６】ノッキング抑制手順を示すフローチャート。
【図７】吸気カムシャフトの回転に伴う吸気バルブのリフト量の推移傾向を示すグラフ。
【図８】吸気バルブの開弁期間を短くした状態を説明するのに用いられる説明図。
【図９】実圧縮比を一定に保持しつつ内部ＥＧＲ量を減少させる吸気バルブ及び排気バルブの開弁期間の変化を説明するのに用いられる説明図。
【図１０】内部ＥＧＲ量を一定に保持しつつ実圧縮比を低下させる吸気バルブ及び排気バルブの開弁期間の変化を説明するのに用いられる説明図。
【符号の説明】
１…エンジン、２…吸気通路、３…燃焼室、４…燃料噴射弁、５…点火プラグ、６…ピストン、７…排気通路、７ａ…触媒コンバータ、８…コネクティングロッド、９…クランクシャフト、１０…クランクポジションセンサ、１１…スロットルバルブ、１２…バキュームセンサ、１３…アクセルペダル、１４…アクセルポジションセンサ、１５…スロットルポジションセンサ、２０…吸気バルブ（機関バルブ）、２１…排気バルブ（機関バルブ）、２２…吸気カムシャフト、２３…排気カムシャフト、２４…カムポジションセンサ、２５…バルブタイミング可変機構、３４…パティキュレート検出センサ、３５…電子制御装置（制御手段）、３６…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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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