(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒内の混合気に点火する点火装置と、前記気筒内に燃料を供給する燃料噴射弁と、筒内圧を検出する筒内圧センサとを備える内燃機関を制御する制御装置であって、
前記筒内圧センサの出力値に基づいて、着火性指標値および燃焼時期指標値を算出する指標値算出手段と、
前記着火性指標値および前記燃焼時期指標値とトルク変動限界値との関係を規定する関係情報を記憶する記憶手段と、
前記着火性指標値をｘ座標値とし、前記燃焼時期指標値をｙ座標値とするｘｙ平面上において、前記指標値算出手段により算出された前記着火性指標値および前記燃焼時期指標値によって特定される現在の作動点と、前記関係情報に基づくトルク変動限界ライン上の点との距離を算出する距離算出手段と、
前記距離が閾値よりも大きい場合に、点火時期が遅角するように前記点火装置を制御する第１の制御手段と、
前記距離が前記閾値以下である場合に、空燃比がリッチ化されるように前記燃料噴射弁を制御し、かつ、点火時期が遅角するように前記点火装置を制御する第２の制御手段と、
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】
ノックを検出するノック検出手段をさらに備え、
前記第１の制御手段は、前記ノック検出手段の検出結果に基づいてノックを抑制する場合において前記距離が前記閾値よりも大きいときに、点火時期を遅角させ、
前記第２の制御手段は、前記ノック検出手段の検出結果に基づいてノックを抑制する場合において前記距離が前記閾値以下であるときに、空燃比をリッチ化するとともに点火時期を遅角させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記第２の制御手段による空燃比のリッチ化のための噴射燃料の増量値と点火時期の遅角量とは、前記ｘｙ平面上において、前記作動点が、ノック強度とノック頻度の少なくとも一方に基づいて規定されるノックレベルが現在のノックレベルで等しい等ノックレベルラインを超えず、かつ、前記トルク変動限界ラインを超えないように決定されることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記内燃機関は、理論空燃比よりも大きなリーン空燃比にてリーンバーン運転が行われる内燃機関であって、
前記閾値は、前記リーン空燃比が大きい場合には、当該リーン空燃比が小さい場合と比べて大きいことを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記距離算出手段は、前記着火性指標値および前記燃焼時期指標値によって特定される現在の作動点と、前記トルク変動限界ラインとの最短距離であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記距離算出手段は、前記着火性指標値および前記燃焼時期指標値によって特定される現在の作動点と、当該現在の作動点を通る等空燃比ラインと前記トルク変動限界ラインとの交点との距離であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１つに記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、理論空燃比よりも大きなリーン空燃比にてリーンバーン運転を行う内燃機関の制御装置が開示されている。この制御装置では、ノックセンサによるノックの検出結果に基づいて点火時期の遅角量が算出され、クランク角センサの出力値を利用してトルク変動値が算出される。そして、算出されたトルク変動値が目標値を超える場合に、空燃比のリッチ化のために噴射燃料の増量が実行される。また、点火時期の遅角量が所定量を上回った場合には、噴射燃料の増量の実行が制限される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１７６５７０号公報
【特許文献２】特開２００６−００９７２０号公報
【特許文献３】特開２０１５−０８１５９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内燃機関の制御装置は、ノック抑制などの目的から、点火時期の遅角要求に従って点火時期の遅角を行うことがある。点火時期が遅角されると、トルク変動が大きくなる。特許文献１に記載の手法によれば、トルク変動抑制のための空燃比のリッチ化を行うためには、実際にトルク変動値が算出されることを必要とする。トルク変動値の算出には、所定の複数サイクルの経過を要する。このため、トルク変動値の算出が完了する前に、実際のトルク変動値がトルク変動限界値を超えてしまう可能性がある。
【０００５】
一方、点火時期および空燃比とトルク変動限界値との関係を定めた関係情報（例えば、マップ）を予め記憶しておき、当該関係情報を使用することで、実機上でのトルク変動値の算出を行うことなく点火時期の遅角を行うことが考えられる。しかしながら、トルク変動限界値に到達するときの点火時期の値は、燃焼に関する環境条件の変化に応じて変化し得る。ここでは、環境条件として、少なくとも吸気温度、エンジン冷却水温度、エンジン潤滑油温度および燃料のオクタン価を想定する。
【０００６】
上述のように、トルク変動限界値に到達するときの点火時期の値は、上記環境条件の変化に応じて変化する。したがって、点火時期の遅角を行う際にトルク変動限界値を超えないようにするためには、環境条件の変化を考慮した余裕を見込んだ態様でトルク変動限界値を特定する必要が生じる。上記の余裕を見込んでトルク変動限界値が特定されている場合には、点火時期の遅角を行う際の実際の環境条件の下でのトルク変動限界値に対しては実際には余裕がある状況下であっても、トルク変動の増加抑制のために空燃比のリッチ化が行われることになる。その結果、燃費が悪化してしまう。このため、トルク変動限界値の特定の際に見込む余裕が十分に少ないことが望ましいといえる。そして、そのためには、トルク変動限界値との間で関係情報を規定するために用いられるエンジンパラメータは、上述の点火時期および空燃比に代え、上記環境条件の変化の影響を受けにくいようにしながらトルク変動限界値を特定できるものであることが望ましい。
【０００７】
この発明は、上述のような課題に対処するためになされたもので、上述の環境条件の変化の影響を受けにくいエンジンパラメータとトルク変動限界値との関係が規定された関係情報を備え、かつ、そのような関係情報を利用して、実機上でトルク変動値を算出することなしにトルク変動限界値が超えることを抑制しつつ点火時期の遅角を行えるようにした内燃機関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】
【０００８】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、気筒内の混合気に点火する点火装置と、前記気筒内に燃料を供給する燃料噴射弁と、筒内圧を検出する筒内圧センサとを備える内燃機関を制御する。前記制御装置は、指標値算出手段と、記憶手段と、距離算出手段と、第１の制御手段と、第２の制御手段とを備える。前記指標値算出手段は、前記筒内圧センサの出力値に基づいて、着火性指標値および燃焼時期指標値を算出する。前記記憶手段は、前記着火性指標値および前記燃焼時期指標値とトルク変動限界値との関係を規定する関係情報を記憶する。前記距離算出手段は、前記着火性指標値をｘ座標値とし、前記燃焼時期指標値をｙ座標値とするｘｙ平面上において、前記指標値算出手段により算出された前記着火性指標値および前記燃焼時期指標値によって特定される現在の作動点と、前記関係情報に基づくトルク変動限界ライン上の点との距離を算出する。前記第１の制御手段は、前記距離が閾値よりも大きい場合に、点火時期が遅角するように前記点火装置を制御する。そして、前記第２の制御手段は、前記距離が前記閾値以下である場合に、空燃比がリッチ化されるように前記燃料噴射弁を制御し、かつ、点火時期が遅角するように前記点火装置を制御する。
【０００９】
前記制御装置は、ノックを検出するノック検出手段をさらに備えていてもよい。前記第１の制御手段は、前記ノック検出手段の検出結果に基づいてノックを抑制する場合において前記距離が前記閾値よりも大きいときに、点火時期を遅角させてもよい。そして、前記第２の制御手段は、前記ノック検出手段の検出結果に基づいてノックを抑制する場合において前記距離が前記閾値以下であるときに、空燃比をリッチ化するとともに点火時期を遅角させてもよい。
【００１０】
前記第２の制御手段による空燃比のリッチ化のための噴射燃料の増量値と点火時期の遅角量とは、前記ｘｙ平面上において、前記作動点が、ノック強度とノック頻度の少なくとも一方に基づいて規定されるノックレベルが現在のノックレベルで等しい等ノックレベルラインを超えず、かつ、前記トルク変動限界ラインを超えないように決定されてもよい。
【００１１】
前記内燃機関は、理論空燃比よりも大きなリーン空燃比にてリーンバーン運転が行われてもよい。そして、前記閾値は、前記リーン空燃比が大きい場合には、当該リーン空燃比が小さい場合と比べて大きくてもよい。
【００１２】
前記距離算出手段は、前記着火性指標値および前記燃焼時期指標値によって特定される現在の作動点と、前記トルク変動限界ラインとの最短距離であってもよい。
【００１３】
前記距離算出手段は、前記着火性指標値および前記燃焼時期指標値によって特定される現在の作動点と、当該現在の作動点を通る等空燃比ラインと前記トルク変動限界ラインとの交点との距離であってもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、点火時期の遅角を行う際に、着火性指標値および燃焼時期指標値とトルク変動限界値との関係を規定する関係情報が利用される。この関係情報によれば、燃焼に関する環境条件（少なくとも吸気温度、エンジン冷却水温度、エンジン潤滑油温度および燃料のオクタン価）の変化の影響を受けにくくしつつ、着火性指標値および燃焼時期指標値に対するトルク変動限界値を特定できるようになる。このため、上述の環境条件の変化を考慮した余裕を見込む必要なしに（少なくともそのような余裕を十分に少なくしつつ）、指標値をｘ座標値とし、燃焼時期指標値をｙ座標値とするｘｙ平面上において、トルク変動限界ラインを把握できるようになる。そして、本発明によれば、上記ｘｙ平面上における現在の作動点とトルク変動限界ライン上の点との距離が閾値よりも大きい場合には、点火時期が遅角される。一方、当該距離が閾値以下である場合には、空燃比のリッチ化と点火時期の遅角とが実行されることで、トルク変動の増加を抑制しつつ点火時期の遅角が実行される。これにより、上記関係情報の利用によって現在の作動点とトルク変動限界ラインとの位置関係を適切に把握しつつ点火時期の遅角を行えるようになるので、実機上でトルク変動値を算出することなく、トルク変動限界値を超えることを抑制しつつ点火時期の遅角を行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。
【図２】点火時期と燃焼質量割合の波形とを表した図である。
【図３】基本点火時期の設定を説明するための図である。
【図４】理論空燃比よりもリーン側のリーン空燃比領域における基本点火時期とトルク変動限界値との関係を表した図である。
【図５】点火時期および空燃比を利用してトルク変動限界値が規定された関係を用いて、トルク変動限界ラインを超えないように点火時期の遅角を行う際の課題を説明するための図である。
【図６】燃焼に関する環境条件の変化に起因するトルク変動限界ラインの変化を点火時期および空燃比との関係で表した図である。
【図７】ＳＡ−ＣＡ１０およびＣＡ５０との関係でトルク変動限界ラインを表した図である。
【図８】距離Ｙの算出手法を説明するための図である。
【図９】距離Ｙが閾値Ｚ以下と判定される場合の制御を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図１１】点火時期の遅角量（所定量Ｒ１）の算出手法を説明するための図である。
【図１２】距離Ｙの他の算出例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施の形態１．
まず、図１〜図１１を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。
【００１７】
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、火花点火式の内燃機関（一例として、ガソリンエンジン）１０を備えている。内燃機関１０の気筒内には、ピストン１２が設けられている。気筒内におけるピストン１２の頂部側には、燃焼室１４が形成されている。燃焼室１４には、吸気通路１６および排気通路１８が連通している。
【００１８】
吸気通路１６の吸気ポートには、当該吸気ポートを開閉する吸気弁２０が設けられており、排気通路１８の排気ポートには、当該排気ポートを開閉する排気弁２２が設けられている。また、吸気通路１６には、電子制御式のスロットルバルブ２４が設けられている。内燃機関１０の各気筒には、燃焼室１４内（気筒内）に直接燃料を噴射するための燃料噴射弁２６、および、混合気に点火するための点火装置（点火プラグのみを図示）２８が、それぞれ設けられている。さらに、各気筒には、筒内圧を検出するための筒内圧センサ３０が組み込まれている。また、排気通路１８には、排気ガスを浄化するための排気浄化触媒３２が設置されている。なお、内燃機関１０の気筒内に燃料を供給する燃料噴射弁は、筒内噴射式の燃料噴射弁２６に代え、あるいは、それとともに吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射式の燃料噴射弁であってもよい。
【００１９】
さらに、本実施形態のシステムは、内燃機関１０を制御する制御装置として、電子制御ユニット（ＥＣＵ）４０とともに、下記の各種アクチュエータを駆動するための駆動回路（図示省略）などを備えている。ＥＣＵ４０は、入出力インターフェースとメモリ４０ａと演算処理装置（ＣＰＵ）４０ｂとを備えている。入出力インターフェースは、内燃機関１０もしくはこれを搭載する車両に取り付けられた各種センサからセンサ信号を取り込むとともに、内燃機関１０が備える各種アクチュエータに対して操作信号を出力するために設けられている。メモリ４０ａには、内燃機関１０を制御するための各種の制御プログラムおよびマップ等が記憶されている。ＣＰＵ４０ｂは、メモリ４０ａに記憶された制御プログラム等に基づいて各種の演算処理を実行し、取り込んだセンサ信号に基づいて各種アクチュエータの操作信号を生成する。
【００２０】
ＥＣＵ４０が信号を取り込むセンサには、上述した筒内圧センサ３０に加え、クランク軸（図示省略）の近傍に配置されたクランク角センサ４２、吸気通路１６の入口付近に配置されたエアフローセンサ４４、および、ノックを検出するためのノックセンサ４６等のエンジン運転状態を取得するための各種センサが含まれる。ノックセンサ４６としては、一例として、シリンダブロックに伝わる内燃機関１０の振動を圧電素子によって検出する方式のセンサを用いることができる。
【００２１】
ＥＣＵ４０が操作信号を出すアクチュエータには、上述したスロットルバルブ２４、燃料噴射弁２６および点火装置２８等のエンジン運転を制御するための各種アクチュエータが含まれる。また、ＥＣＵ４０は、筒内圧センサ３０の出力信号を、クランク角度と同期させてＡＤ変換して取得する機能を有している。これにより、ＡＤ変換の分解能が許す範囲で、任意のクランク角タイミングにおける筒内圧を検出することができる。さらに、ＥＣＵ４０は、クランク角度と筒内容積との関係を定めたマップを記憶しており、そのようなマップを参照して、クランク角度に対応する筒内容積を算出することができる。
【００２２】
［実施の形態１におけるエンジン制御］
（筒内圧センサを利用したＭＦＢの実測データの算出）
図２は、点火時期と燃焼質量割合の波形とを表した図である。筒内圧センサ３０とクランク角センサ４２とを備える本実施形態のシステムによれば、内燃機関１０の各サイクルにおいて、クランク角度同期での筒内圧Ｐの実測データ（より具体的には、所定クランク角度毎の値として算出された筒内圧Ｐの集合）を取得することができる。得られた筒内圧Ｐの実測データと熱力学第１法則とを用いて、任意のクランク角度θでの気筒内の熱発生量Ｑを次の（１）、（２）式にしたがって算出することができる。そして、算出された熱発生量Ｑの実測データ（所定クランク角度毎の値として算出された熱発生量Ｑの集合）を用いて、任意のクランク角度θにおける燃焼質量割合（以下、「ＭＦＢ」と称する）を次の（３）式にしたがって算出することができる。そのうえで、ＭＦＢの算出処理を所定クランク角度毎に実行することで、クランク角度同期でのＭＦＢの実測データ（実測ＭＦＢの集合）を算出することができる。ＭＦＢの実測データは、燃焼期間およびその前後の所定クランク角期間（ここでは、一例として、吸気弁２０の閉じ時期ＩＶＣから排気弁２２の開き時期ＥＶＯまでのクランク角期間）で算出される。
【数１】
0006315003.tif 000002
0006315003.tif 000003
ただし、上記（１）式において、Ｖは筒内容積、κは筒内ガスの比熱比である。また、上記（３）式において、θｍｉｎは燃焼開始点であり、θｍａｘは燃焼終了点である。
【００２３】
上記手法によって算出されたＭＦＢの実測データによれば、ＭＦＢが特定割合α％となる時のクランク角度（以下、「特定割合燃焼点」と称し、「ＣＡα」を付して示す）を算出することができる。次に、図２を参照して代表的な特定割合燃焼点ＣＡαについて説明する。筒内の燃焼は、点火時期ＳＡにて混合気に点火を行った後に着火遅れを伴って開始する。この燃焼の開始点（上記（３）式中のθｍｉｎ）、すなわち、ＭＦＢが立ち上がる時のクランク角度をＣＡ０と称する。ＣＡ０からＭＦＢが１０％となる時のクランク角度ＣＡ１０までのクランク角期間（ＣＡ０−ＣＡ１０）が初期燃焼期間に相当し、ＣＡ１０からＭＦＢが９０％となる時のクランク角度ＣＡ９０までのクランク角期間（ＣＡ１０−ＣＡ９０）が主燃焼期間に相当する。また、本実施形態では、ＭＦＢが５０％となる時のクランク角度ＣＡ５０を燃焼重心点として用いている。ＭＦＢが１００％となる時のクランク角度ＣＡ１００は、熱発生量Ｑが最大値に到達する燃焼終了点（上記（３）式中のθｍａｘ）に相当する。燃焼期間は、ＣＡ０からＣＡ１００までのクランク角期間として特定される。
【００２４】
（基本点火時期）
基本点火時期は、内燃機関１０の運転条件（主に、エンジン負荷（エンジントルク）とエンジン回転速度と空燃比）に応じた値として事前に設定され、メモリ４０ａに記憶されている。エンジントルクは、例えば、筒内圧センサ３０を用いて取得される筒内圧Ｐの実測データを利用して算出することができる。
【００２５】
図３は、基本点火時期の設定を説明するための図であり、一例としての所定エンジン回転速度における基本点火時期とエンジン負荷との関係を表している。図３には、基本点火時期の候補となる２つの点火時期、すなわち、ＭＢＴ（Minimum Advance for Best Torque）点火時期とノック点火時期とが表されている。
【００２６】
ここでいうノック点火時期とは、所定の目標ノックレベルが得られる点火時期のことである。ノックレベルは、ノック強度とノック頻度とに基づく指標（より具体的には、ノック強度が大きいほど高く、また、ノック頻度が高いほど高いとされる指標）である。ノック強度は、一例として、ノックセンサ４６の出力信号に基づいて算出される振動の強度に応じた値として算出することができる。ノック頻度とは、着目したノック強度のノックが所定の複数サイクル中に発生する頻度のことである。したがって、ノックレベルは、所定の複数サイクル中に発生するノックのノック強度が高いほど、また、当該複数サイクルでのノック頻度が高いほど高くなる。
【００２７】
エンジン負荷が高いほど、燃焼時の筒内圧および筒内温度が高くなるのでノックが発生し易くなる。このため、ＭＢＴ点火時期は、エンジン負荷が高いほど遅角側に移行する。また、エンジン負荷が高いほど、ノック強度の大きなノックが発生し易くなり、また、ノック頻度も高くなり易い。このため、ノック点火時期（すなわち、上述のように、目標ノックレベルが得られる点火時期）は、エンジン負荷が高いほど遅角側に移行する。そして、図３に示すように、低負荷側ではＭＢＴ点火時期の方が遅角側の値となり、高負荷側ではノック点火時期の方が遅角側の値となる。各エンジン負荷における基本点火時期としては、これらのＭＢＴ点火時期およびノック点火時期のうちで遅角側の値が選択される。
【００２８】
（ノック制御の概要）
内燃機関１０における点火時期の制御は、上述した基本点火時期に対して点火時期遅角量（補正量）を加算して得られる点火時期を目標点火時期として実行される。本実施形態で想定する遅角要求は、ノック抑制（より具体的には、ノックレベルの低減）を目的とする遅角要求である。
【００２９】
本実施形態では、ノック制御が実行される。ノック制御は、ノックレベルを目標ノックレベルに近づけられるように点火時期を制御するというものである。ノックレベル低減を目的とする遅角要求は、ノック制御の実行中に発せられる可能性のある要求である。基本点火時期は、燃焼に関係する環境条件が標準的な条件（より具体的には、吸気温度、エンジン冷却水温度、エンジン潤滑油温度、および燃料のオクタン価のそれぞれが標準値とされている条件）下での値としてメモリ４０ａに記憶されている。この標準的な環境条件に近い状態で内燃機関１０が運転されている場合であれば、基本点火時期相当の目標点火時期によって目標ノックレベルを実現することができる。一方、例えば、高外気温地域にて内燃機関１０が運転されていることで吸気温度が標準値よりも高くなる場合、あるいは、標準値よりも低いオクタン価の燃料が使用される場合には、基本点火時期がそのまま使用されると、目標ノックレベルと比べてノックレベルが高くなる可能性がある。その結果、ノックレベルを目標ノックレベルに下げるために、点火時期の遅角が必要とされる。
【００３０】
ここで、ノック制御の一例を具体的に説明する。このノック制御に利用される点火時期遅角量は、以下の処理により学習されてメモリ４０ａに記憶される。この点火時期遅角量は、ノックレベル（ノックセンサ４６によるノックの検出結果に基づいて算出されたノック強度とノック頻度）に応じて増減される。より具体的には、ノックレベルが目標ノックレベルよりも高い場合（具体的には、ノック強度が目標ノックレベルのノック強度よりも大きい場合、もしくはノック頻度が目標レベルのノック頻度よりも高い場合）には、点火時期遅角量が所定量Ｒ１だけ大きく修正されてメモリ４０ａに記憶される。その結果、本判定後に燃焼が行われる気筒の目標点火時期が現在値に対して遅角される。点火時期が遅角されると、混合気の燃焼速度を低下させることで筒内圧の最大値Ｐｍａｘを低く抑えることができ、これにより、ノック強度とノック頻度とを下げることができる。その結果、ノックレベルを低減させることができる。一方、ノックレベルが目標ノックレベル以下であると判定される期間が所定期間継続した場合には、点火時期の進角指令が出され、点火時期遅角量が所定量だけ小さく修正されてメモリ４０ａに記憶される。その結果、本判定後に燃焼が行われる気筒の目標点火時期が現在値に対して進角される。なお、点火時期遅角量はゼロである。したがって、目標点火時期の進角側の限界値は、基本点火時期となる。
【００３１】
以上説明したノック制御によれば、上述の環境条件が標準的な条件に対してノックの観点で厳しい側に変化した場合であっても、目標ノックレベルを維持できるようになる。
【００３２】
（リーンバーン運転時の基本点火時期とトルク変動限界との関係）
前提として、本実施形態では、理論空燃比よりも大きなリーン空燃比にてリーンバーン運転が行われるようになっている。図４は、理論空燃比よりもリーン側のリーン空燃比領域における基本点火時期とトルク変動限界値との関係を表した図である。なお、図４は、一例としてノック点火時期が基本点火時期として選択される高負荷領域内の同一のエンジン負荷およびエンジン回転速度での関係を表している。付け加えると、図４中に示す基本点火時期のラインは、ノックレベルが目標ノックレベルで等しい等ノックレベルラインに相当する。トルク変動限界値に到達したときの点火時期の値は、空燃比がリーンになるほど進角側に移行する。
【００３３】
リーンバーン運転中に点火時期を遅角した場合には、理論空燃比燃焼運転中に点火時期を遅角する場合と比べて、トルク変動が大きくなり易い。このため、リーンバーン運転時には、理論空燃比燃焼運転時と比べて、基本点火時期からトルク変動限界ラインまでの点火時期の幅が短くなる（すなわち、遅角の余裕代が低くなる）。より具体的には、リーン空燃比領域における余裕代は、図４中に矢印で示すように、空燃比がリーンになるほど低くなる。
【００３４】
（点火時期および空燃比とトルク変動限界値との関係を規定する際の課題）
図５（Ａ）および図５（Ｂ）は、点火時期および空燃比を利用してトルク変動限界値が規定された関係を用いて、トルク変動限界ラインを超えないように点火時期の遅角を行う際の課題を説明するための図である。なお、ここで例示する点火時期および空燃比は、本実施形態で利用される後述のエンジンパラメータとは異なる。
【００３５】
図５（Ａ）および図５（Ｂ）に示すトルク変動限界ラインＬ１は、上述した標準的な環境条件（吸気温度等が標準的な値である条件）での値として特定されたものである。一方、トルク変動限界ラインＬ２は、環境条件の変化を考慮して特定されたものである。より具体的には、トルク変動限界ラインＬ２は、環境条件の変化が生じた場合であっても、作動点ｐが本来のトルク変動限界ラインＬ１を超えないようにするための余裕を持たせて特定されたものである。
【００３６】
上記環境条件の変化についての余裕を見込むようにした場合には、ノックレベル低減のために点火時期の遅角要求が出されたときに、図５（Ａ）および図５（Ｂ）に示すように、現在の作動点ｐ１（事前に適合された作動点）からトルク変動限界ラインＬ２までしか点火時期を遅角させられなくなる。一方、リーン空燃比領域において空燃比をリッチ化すると、燃焼安定性を向上させることができるので、トルク変動限界値に到達するときの点火時期の値が遅角側に移行する。このため、ノックレベル低減のために必要な遅角量が確保できない場合には、図５（Ａ）に示すように、噴射燃料の増量によって空燃比をリッチ化しつつ、必要とされる所定量Ｒ１での遅角を継続することが必要とされる。また、図５（Ｂ）中に例示された作動点ｐ２のように、遅角の余裕代が十分に確保された作動点を基本点火時期（初期値）として用いるという対策も考えられる。
【００３７】
点火時期および空燃比とトルク変動限界値との上記関係を利用して遅角の余裕代を判断する構成では、点火時期の遅角を実行する時のトルク変動限界値に対して実際には余裕がある場合であっても、空燃比がリッチ化される可能性がある。これにより、空燃比を十分にリーン化した状態でのリーンバーン運転の実施の頻度が減少してしまう。また、図５（Ｂ）に示す対策が行われると、空燃比を十分にリーン化すること自体が難しくなる。このため、これらの何れの場合においても、リーンバーン運転の実施による燃費低減効果が目減りしてしまう。また、リーン空燃比領域において空燃比が理論空燃比に近づくと、ＮＯｘの排出量の増加が懸念される。
【００３８】
（トルク変動限界値との関係規定のために実施の形態１で利用されるエンジンパラメータ）
リーンバーン運転時にノックレベル低減のために点火時期の遅角を行う場合には、噴射燃料の増量による空燃比のリッチ化ができるだけ実行されないようにし、かつ、極力リーンな空燃比を用いたい。そのためには、トルク変動限界ラインの特定の際に見込む余裕を十分に小さくし、これにより、点火時期の遅角可能量を十分に確保できることが望ましい。そして、そのためには、トルク変動限界値との間で関係情報を規定するために用いられるエンジンパラメータは、上述の点火時期および空燃比に代え、上記環境条件の変化の影響を受けにくいようにしながらトルク変動限界値を特定できるものであることが望ましい。
【００３９】
本件発明者らは、鋭意研究により、一対の着火性指標値および燃焼時期指標値をエンジンパラメータとして利用してトルク変動限界値との関係を規定することで、トルク変動限界ラインの特定に関して上述の環境条件の変化という観点では余裕を設ける必要がなくなることを見出した。その詳細について、以下に図６および図７を参照して説明する。
【００４０】
本実施形態において用いられる着火性指標値の一例は、点火時期からＣＡ１０までのクランク角期間（より具体的には、ＣＡ１０から点火時期（ＳＡ）を引いて得られる差）であり、以下、「ＳＡ−ＣＡ１０」と称する。また、燃焼時期指標値の一例は、ＣＡ５０（燃焼重心点）である。ＳＡ−ＣＡ１０の算出に用いられる点火時期（ＳＡ）は上述した目標点火時期である。ＣＡ１０およびＣＡ５０は、図２を参照して既述したように、筒内圧センサ３０を利用して算出することができる。
【００４１】
図６は、燃焼に関する環境条件の変化に起因するトルク変動限界ラインの変化を点火時期および空燃比との関係で表した図である。図６に示す一例では、上述の環境条件の１つである吸気温度条件の変化に起因するトルク変動限界ラインの変化を表している。トルク変動限界ラインＬ３〜Ｌ５は、吸気温度がそれぞれＴ１〜Ｔ３である場合のラインを示している。ここで、吸気温度Ｔ１は、内燃機関１０の運転中に想定される吸気温度の最低値であり、吸気温度Ｔ２は、図６に示す関係をマップとして備えて点火時期の遅角に使用する構成（本実施形態の構成とは異なる）において、当該マップを規定するために用いられた標準的な吸気温度であり、吸気温度Ｔ３は、運転中に想定される吸気温度の最大値であるものとする。
【００４２】
図６に示すように、点火時期および空燃比との関係でトルク変動限界ラインを整理した場合には、吸気温度に応じてトルク変動限界ラインが変化することが分かる。より具体的には、吸気温度が高いほど、圧縮端の筒内ガス温度が高くなるので、燃焼が安定し易くなる（すなわち、トルク変動が小さくなる）。このため、トルク変動限界ラインは、吸気温度が高いほど遅角側に移行する。
【００４３】
一方、図７は、ＳＡ−ＣＡ１０およびＣＡ５０との関係でトルク変動限界ラインを表した図である。図７中に示す各ラインは何れも等トルク変動ラインである。各トルク変動ラインは、ＳＡ−ＣＡ１０が大きいほどＣＡ５０が進角するという傾向を有している。そして、図７に示すように、これらのトルク変動ラインの中で最も高トルク変動側のラインがトルク変動限界ラインＬ６である。以下、図７に示すような傾向を有するマップであって、ＳＡ−ＣＡ１０およびＣＡ５０とトルク変動限界ラインとの関係を規定するマップのことを、説明の便宜上「トルク変動限界評価マップ」と称する場合がある。
【００４４】
本件発明者らは、ＳＡ−ＣＡ１０およびＣＡ５０との関係でトルク変動限界ラインを整理した場合には、トルク変動限界ラインは、吸気温度の変化によらずに同一とみなせることを見出した。このため、吸気温度の変化を考慮した場合であっても、図７に示すように、トルク変動限界ラインを１本のトルク変動限界ラインＬ６で表すことが可能となる。また、ここでは、本実施形態で想定する環境条件の１つとして、吸気温度を例に挙げて説明を行った。この点に関し、本件発明者らは、トルク変動限界値との関係を規定するエンジンパラメータとして着火性指標値（例えば、ＳＡ−ＣＡ１０）および燃焼時期指標値（例えば、ＣＡ５０）を利用することで、吸気温度以外にも、エンジン冷却水温度、エンジン潤滑油温度、およびオクタン価といった環境条件の変化によらずにトルク変動限界ラインを同一とみなせることを確認している。
【００４５】
ここで、本実施形態で用いられる構成ではないが、図６に示すような関係（点火時期および空燃比とトルク変動限界値との関係）を利用して点火時期の遅角を行う構成が考えられる。具体的には、そのような関係をマップとして備えておき、リーンバーン運転中に点火時期の遅角要求が出された場合には、当該マップを参照して作動点ｐとトルク変動限界ラインとの余裕代を判断しつつ点火時期の遅角を行う構成が考えられる。しかしながら、図６に示す関係を利用する場合には、環境条件の変化を考慮すると、トルク変動限界ラインが複数となる。したがって、この場合には、図５（Ａ）および図５（Ｂ）を参照して既述したように、環境条件（吸気温度条件）の変化を考慮した余裕を見込んでトルク変動限界ラインを規定する必要がある。このため、図６に示す例においてマップに記憶させておくべきトルク変動限界ラインは、想定する最低値である吸気温度Ｔ１に対応するトルク変動限界ラインＬ３となる。その結果、吸気温度が標準的な吸気温度Ｔ２よりも高い温度となったためにノックレベル低減のために点火時期の遅角要求が出された場合には、現在の作動点ｐとトルク変動限界ラインＬ３との間で遅角の余裕代が判断されることになる。このため、実際の吸気温度に対応するトルク変動限界ラインに対しては余裕があるにもかかわらず、当該トルク変動限界ラインの近傍まで点火時期の遅角を行えなくなる。
【００４６】
これに対し、本実施形態では、ＳＡ−ＣＡ１０およびＣＡ５０を利用して、トルク変動限界値が規定される。これにより、トルク変動限界評価マップを定めた標準的な環境条件に対して環境条件が変化することを考慮して、トルク変動限界ラインに対して余裕を持たせておく必要がなくなる。このため、環境条件の変化の有無に関係なくトルク変動限界ラインを適切に把握できるようになる。
【００４７】
（トルク変動限界評価マップを利用したノック制御）
本実施形態では、ＳＡ−ＣＡ１０とＣＡ５０とを用いるトルク変動限界評価マップを利用したノック制御が実行される。具体的には、ノックの検出を受けてノックレベル低減のための点火時期の遅角要求が出された場合には、トルク変動限界評価マップを参照し、現在の作動点ｐとトルク変動限界ライン上の点ｑとの距離Ｙが算出される。この距離Ｙは、点火時期の遅角の余裕代を示すものである。より具体的には、距離Ｙは、トルク変動値が点火時期の遅角によって前記トルク変動限界値に到達するまでの余裕代に相当する。
【００４８】
図８は、距離Ｙの算出手法を説明するための図である。図８中には、目標ノックレベルラインを含めて複数のノックレベルラインが例示されている。
【００４９】
ノック制御では、ノックレベル低減のための遅角要求が出されることがある。より具体的には、図８中の現在の作動点ｐ（適合点ｐ１）が位置する目標ノックレベルラインは、標準的な環境条件でのラインとして事前に特定されたものである。このため、標準的な環境条件と比べてノックレベルが高くなる環境条件への変化が生じた場合には、作動点ｐのノックレベルが目標ノックレベルよりも高くなる。点火時期の遅角要求は、そのような場合に出されることになる。
【００５０】
距離Ｙは、図８に示すように、ＳＡ−ＣＡ１０をｘ座標値とし、ＣＡ５０をｙ座標値とした場合のｘｙ平面上における点ｐと点ｑとの間の距離である。ノックレベル低減のための遅角要求が出されたときに図８上において作動点ｐが進むべき方向は、ノックレベルを下げる方向であれば任意の方向でよい。しかしながら、距離Ｙを算出するためには、トルク変動限界ライン上における点ｑの位置を特定することが必要とされる。本実施形態のノック制御では、一例として、空燃比（Ａ／Ｆ）の変化を伴わずに点火時期の遅角を行う方針とされている。このため、点ｑは、図８に示すように、作動点ｐを通る等Ａ／Ｆライン（等空燃比ライン）とトルク変動限界ラインとの交点として特定される。このように、本実施形態で用いられる距離Ｙは、事前に決定された特定方向（一例として、等Ａ／Ｆラインに沿った方向）における点ｐとトルク変動限界ライン上の点ｑとの距離である。
【００５１】
距離Ｙ（単位はクランク角度）の算出は、三平方の定理を利用して、次の（４）式を用いて行うことができる。
【数２】
0006315003.tif 000004
ただし、上記（４）式において、Ｙ１は、点ｐでのＣＡ５０と点ｑでのＣＡ５０との差であり、Ｙ２は、点ｐでのＳＡ−ＣＡ１０と点ｑでのＳＡ−ＣＡ１０との差である。
【００５２】
本実施形態のノック制御では、遅角要求が出された場合には、上記のように算出される距離Ｙが閾値Ｚよりも長いか否かが判定される。その結果、距離Ｙが閾値Ｚよりも長い場合、つまり、現在の作動点ｐがトルク変動限界ラインに対して余裕がある位置にあると判断できる場合には、点火時期を所定量Ｒ１だけ遅角させる動作が実行される。この場合、上述のように点火時期の遅角には空燃比の変更を伴わない方針とされているので、この点火時期の遅角によって、作動点ｐは、図８中に矢印で示す方向に移動する。
【００５３】
上記判定に用いられる閾値Ｚは、ゼロであってもよいし、あるいは正の値であってもよい。閾値Ｚを正の値に設定した場合には、点火時期制御もしくは後述の空燃比のリッチ化のための燃料噴射量制御のばらつき等を考慮して、トルク変動限界ラインに対する余裕が残るように作動点ｐの移動範囲を制限することができる。本実施形態では、好ましい設定の一例として、閾値Ｚは、空燃比に応じて変化する正の値とされている。より具体的には、閾値Ｚは、リーン空燃比領域において空燃比が大きい場合には、当該空燃比が小さい場合と比べて大きくなるように設定されている。リーン空燃比領域において空燃比がリーンになるほど、トルク変動が大きくなり易い。このため、この設定によれば、空燃比がよりリーンな値であるためにトルク変動が大きくなり易い場合において、上記ばらつき等を考慮した余裕代を高くすることができる。このように、本設定によれば、閾値Ｚとして正の値を用いて余裕を設ける場合に、当該余裕の大きさを空燃比に応じて適切に設定することができる。さらに付け加えると、閾値Ｚは、空燃比が大きいほど大きくなるという態様で連続的に変化するように設定されていてもよいし、あるいは、上記態様で少なくとも２段階で段階的に変化するように設定されていてもよい。この例のように、閾値Ｚは固定値ではなく可変値であってもよい。
【００５４】
また、本実施形態のノック制御では、距離Ｙが閾値Ｚ以下である場合、つまり、作動点ｐがトルク変動限界ラインに近いために点火時期の遅角の余裕代が小さいと判断できる場合には、次のような制御が実行される。
【００５５】
図９は、距離Ｙが閾値Ｚ以下と判定される場合の制御を説明するための図である。距離Ｙが閾値Ｚ以下となる場合において、距離Ｙが閾値Ｚ未満となる場合と同様にノックレベル低減のために所定量Ｒ１だけ点火時期を遅角すると、閾値Ｚの大きさと所定量Ｒ１の大きｃの設定次第では、図９に示すように作動点ｐが移動する可能性がある。すなわち、ここで例示するケースでは、作動点ｐが作動点ｐ３から作動点ｐ４に移動する。このように作動点ｐが移動した場合には、トルク変動値がトルク変動限界値を上回ってしまう。また、所定量Ｒ１での遅角によってトルク変動値がトルク変動限界値を上回ることまではなかったとしても、作動点ｐがトルク変動限界ラインにかなり近づいてしまう。そこで、本実施形態では、距離Ｙが閾値Ｚ以下となる場合には、点火時期の遅角とともに、燃焼安定性向上を目的として空燃比のリッチ化が実行される。この空燃比のリッチ化は、噴射燃料の増量によって実施できる。
【００５６】
空燃比がリッチ化されると、燃焼速度が高くなるとともに着火遅れ期間が短くなる。その結果、ＣＡ５０が進角されるとともにＳＡ−ＣＡ１０が小さくなる。このため、リッチ化のために燃料噴射量を所定量Ｆだけ増やすと、作動点ｐは作動点ｐ３から作動点ｐ５に移動する。このように、空燃比のリッチ化によれば、燃焼を安定化させて作動点ｐをトルク変動限界ラインから離すことができるが、リッチ化のみでは、ノックレベルが現在のノックレベルよりも高くなってしまう。図９中に示す作動点ｐ３のように、作動点ｐがトルク変動限界ラインに近い場所に位置している理由は、標準的な環境条件よりもノックレベルが高くなり易い環境条件に変化した後にノックレベルが目標ノックレベルに維持されるように点火時期の遅角が行われたためである。このため、作動点ｐ３での現在のノックレベルは、目標ノックレベル相当にあるといえる。したがって、リッチ化によってノックレベルが高くなることは、好ましくないといえる。
【００５７】
そこで、本実施形態では、遅角要求が出された場合において距離Ｙが閾値Ｚ以下となるときには、図９中の作動点ｐ６のように、作動点が現在のノックレベルでの等ノックレベルラインとトルク変動限界ラインとの間の領域内に収まるように、リッチ化のための噴射燃料の増量値と点火時期の遅角量とが決定される。その結果、このように決定された制御量でのリッチ化と遅角とが作動点ｐ３において実行された場合には、作動点ｐが作動点ｐ３から作動点ｐ６に移動するようになる。このように、燃焼安定性向上を図りつつ点火時期の遅角を行うことにより、作動点ｐがトルク変動限界ラインに十分に近づいている場合であっても、トルク変動限界を超えないようにしつつノックレベル低減のための遅角要求を充足できるようになる。
【００５８】
（実施の形態１における具体的な処理）
次に、図１０は、実施の形態１においてリーンバーン運転時に実行される制御ルーチンを表したフローチャートである。なお、本ルーチンは、各気筒において排気弁２２の開き時期を経過したタイミング（すなわち、ＭＦＢの実測データの算出の基礎となる筒内圧Ｐのデータの取得を終えたタイミング）で起動され、かつ、燃焼サイクル毎に繰り返し実行される。
【００５９】
図１０に示すルーチンでは、ＥＣＵ４０は、まず、ノック強度およびノック頻度を算出する（ステップ１００）。具体的には、今回の燃焼サイクルの燃焼時のノック強度が、ノックセンサ４６の出力信号に基づいて算出される。また、ノック頻度は、事前に設定された目標ノックレベルのノック強度のノックが所定の複数サイクル（今回の燃焼サイクルも含む）中に発生する頻度として算出される。
【００６０】
次に、ＥＣＵ４０は、ノックレベル低減のための点火時期の遅角要求があるか否かを判定する（ステップ１０２）。遅角要求は、現在のノックレベルが目標レベルよりも高い場合（具体的には、ステップ１００にて算出されたノック強度が目標ノックレベルのノック強度よりも大きい場合、もしくは、ステップ１００にて算出されたノック頻度が目標レベルのノック頻度よりも高い場合）に発令されるものである。
【００６１】
ＥＣＵ４０は、ステップ１０２において遅角要求がないと判定した場合には、今回の処理サイクルを速やかに終了する。なお、遅角要求がないと判定された場合（すなわち、ノックレベルが目標ノックレベル以下の場合）には、図１０に示すルーチンとは別に実行されるルーチン（図示省略）において、ノックレベルが目標ノックレベル以下と判定される期間が所定期間継続したか否かが判定される。その結果、この判定が成立する場合には、基本点火時期に反映させる点火時期遅角量が所定量だけ小さく修正される。すなわち、目標点火時期が現在値に対して進角される。
【００６２】
一方、ＥＣＵ４０は、ステップ１０２において遅角要求があると判定した場合にはステップ１０４に進む。ステップ１０４では、筒内圧センサ３０の出力値を用いて算出されたＭＦＢの実測データを利用して、ＣＡ５０が算出される。次いで、ＥＣＵ４０は、ＳＡ−ＣＡ１０を算出する（ステップ１０６）。ＳＡ−ＣＡ１０は、ＭＦＢの実測データを利用してＣＡ１０を算出したうえで、今回の燃焼サイクルで使用された目標点火時期とＣＡ１０との差として算出される。
【００６３】
次に、ＥＣＵ４０は、距離Ｙを算出する（ステップ１０８）。ＥＣＵ４０は、図７に示すような傾向でＳＡ−ＣＡ１０およびＣＡ５０とトルク変動限界との関係を規定したトルク変動限界評価マップを記憶している。トルク変動限界評価マップは、既述したように、標準的な環境条件での関係として規定されている。また、トルク変動限界評価マップは、内燃機関１０の運転条件（例えば、エンジン負荷およびエンジン回転速度）に応じて異なるものが使用される。本ステップ１０８では、図８を参照して既述した手法により、現在の作動点ｐとトルク変動限界ライン上の点ｑとの距離Ｙが算出される。また、本判定に用いられる閾値Ｚは、既述したように空燃比に応じて可変とされている。したがって、空燃比に応じた閾値Ｚを取得したうえで本判定が実行される。なお、閾値Ｚの取得のための空燃比は、例えば、エアフローセンサ４４を用いて取得される吸入空気量と燃料噴射量（目標燃料噴射量）とを用いて算出することができる。
【００６４】
次に、ＥＣＵ４０は、距離Ｙが閾値Ｚよりも長いか否かを判定する（ステップ１１０）。その結果、距離Ｙが閾値Ｚよりも長いと判定された場合、すなわち、現在の作動点ｐがトルク変動限界ラインに対して余裕がある位置にあると判断できる場合には、ＥＣＵ４０は、点火装置２８に対して点火時期の遅角指令を出力する（ステップ１１２）。その結果、本遅角指令後に行われる各気筒の燃焼サイクルで用いられる点火時期が遅角される。なお、本ルーチンの処理によれば、気筒毎にＣＡ５０およびＳＡ−ＣＡ１０が算出されるので、本遅角指令の対象は、ステップ１１０の判定のためのＣＡ５０およびＳＡ−ＣＡ１０を算出した気筒のみであってもよい。すなわち、トルク変動限界評価マップを利用する制御が気筒毎に実行されてもよい。
【００６５】
既述したように、目標点火時期は、基本点火時期に点火時期遅角量を加算して得られる値である。基本点火時期は、内燃機関１０の運転条件（例えば、エンジン負荷、エンジン回転速度および空燃比）と基本点火時期との関係を定めたマップ（図示省略）を参照して算出することができる。本ステップ１１２の処理によれば、上記遅角要求に従って、現在の点火時期遅角量に対して遅角量を大きくするための所定量Ｒ１が加算される。当該所定量（すなわち、１回の遅角量）Ｒ１は、当然であるが、トルク変動限界ラインを超えることがない大きさの値とされる。そのうえで、本ステップ１１２では、当該所定量Ｒ１は、一例として、図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）に示す関係を参照して算出される。すなわち、図１１（Ａ）に示すように、所定量Ｒ１は、ステップ１００において算出されたノック強度が大きいほど大きい値として算出される。また、図１１（Ｂ）に示すように、所定量Ｒ１は、ステップ１００において算出されたノック頻度が高いほど大きい値として算出される。このように算出される所定量Ｒ１によって、まず、点火時期遅角量が現在値（メモリ４０ａに記憶された値）から修正され、メモリ４０ａに記憶される。そして、修正された点火時期遅角量が基本点火時期に加算されることで、目標点火時期が修正される。したがって、上記遅角指令によれば、このように修正された目標点火時期が指令されることになる。なお、上記所定量（１回の遅角量）Ｒ１は、上記に代え、固定値であってもよいし、あるいは、例えば、ノック強度およびノック頻度のうちの何れか一方に応じて可変される値であってもよい。
【００６６】
一方、ステップ１１０において距離Ｙが閾値Ｚ以下であると判定された場合、すなわち、作動点ｐがトルク変動限界ラインに近いために点火時期の遅角の余裕代が小さいと判断できる場合には、ＥＣＵ４０は、ステップ１１４および１１６の処理によって、空燃比リッチ化のための噴射燃料の増量指令と点火時期の遅角指令とを出力する。これらの処理は、燃焼安定性を確保しつつ遅角要求を満たすべく実行されるものである。その結果、本増量指令および本遅角指令の後に行われる各気筒の燃焼サイクルで用いられる燃料噴射量が増やされるとともに点火時期が遅角される。なお、ステップ１１０の処理の場合と同様に、ステップ１１４および１１６の処理による増量指令および遅角指令の対象は、ステップ１１０の判定のためのＣＡ５０およびＳＡ−ＣＡ１０を算出した気筒のみであってもよい。このように、ステップ１１４および１１６の処理に関しても、トルク変動限界評価マップを利用する制御が気筒毎に実行されてもよい。
【００６７】
目標燃料噴射量は、基本燃料噴射量に各種の燃料噴射補正量を加算して得られる値である。基本燃料噴射量は、内燃機関１０の運転条件（例えば、エンジン負荷、エンジン回転速度および空燃比）と基本燃料噴射量との関係を定めたマップ（図示省略）を参照して算出することができる。本ステップ１１４の処理によれば、点火時期の遅角時の燃焼安定性の確保を目的として噴射燃料を増量するために、ノックに関する燃料噴射補正量に所定量Ｆが加算される。所定値Ｆは、一例として固定値であるものとする。この所定量Ｆによって修正された燃料噴射補正量が加算されることにより、目標燃料噴射量が修正される。上記増量指令によれば、このように修正された目標燃料噴射量が指令されることになる。
【００６８】
次に、ステップ１１６では、現在の点火時期遅角量を所定量Ｒ２によって修正し、修正された点火時期遅角量を基本点火時期に加算することで、本遅角指令によって指令されるべき目標点火時期が修正される。所定量Ｒ２は、一例として、次のような手法で決定することができる。
【００６９】
すなわち、本ステップ１１６では、ステップ１１４の処理によって所定量Ｆでの噴射燃料の増量が行われる状況下において、作動点ｐが、現在のノックレベルでの等ノックレベルラインを超えず、かつ、トルク変動限界ラインを超えないようにするという要求を満たせる値として、上記所定量Ｒ２が算出される。
【００７０】
ここで、噴射燃料の増量と点火時期の遅角のそれぞれによるＣＡ５０とＳＡ−ＣＡ１０の変化の感度には、次のような関係がある。すなわち、噴射燃料を所定量だけ増量したときのＣＡ５０の進角量がＸ１であり、ＳＡ−ＣＡ１０の減少量がＸ２であるとする。Ｘ１と同量だけＣＡ５０を遅角させられる量で点火時期の遅角が行われたときのＳＡ−ＣＡ１０の増加量はＸ２よりも小さくなる。このような関係があるため、噴射燃料の増量と点火時期の遅角とを組み合わせることによって、ＣＡ５０が遅角し、かつ、ＳＡ−ＣＡ１０が減少するように作動点ｐを移動させられるようになる（図９参照）。したがって、上記要求を満足する点火時期遅角量の所定量Ｒ２を事前に決定しておくことができる。ＥＣＵ４０には、内燃機関１０の運転条件（例えば、エンジン負荷（エンジントルク）、エンジン回転速度および空燃比）と上記所定量Ｒ２との関係を定めたマップ（図示省略）が記憶されている。本ステップ１１６では、そのようなマップを参照して取得された所定量Ｒ２を用いて、点火時期遅角量が修正される。なお、上述したステップ１１４および１１６の処理では、固定値である所定量Ｆにて噴射燃料の増量が行われる状況下において、点火時期遅角量の所定量Ｒ２が上記マップを参照して取得される例について説明を行った。しかしながら、所定量Ｆおよび所定量Ｒ２は、上記要求を満たせる値となっていればよく、したがって、所定量Ｒ２に代え、あるいは、それとともに所定量Ｆが運転条件に応じて決定されるようになっていてもよい。
【００７１】
以上説明した図１０に示すルーチンによれば、点火時期の遅角要求が出された場合には、トルク変動限界評価マップを参照して、距離Ｙが閾値Ｚよりも大きいか否かが判定される。すなわち、点火時期の遅角に関して、トルク変動限界ラインに対する作動点ｐの余裕代が把握される。トルク変動限界評価マップでは、着火遅れ期間を代表するパラメータであるＳＡ−ＣＡ１０と燃焼時期を代表するパラメータであるＣＡ５０との関係で、トルク変動限界値が規定されている。このようにエンジンパラメータが選定された本マップによれば、環境条件（上述した吸気温度条件等）の変化を考慮した余裕をトルク変動限界ラインに対して持たせておく必要がない。このため、点火時期を遅角する際に、環境条件の変化の有無の影響を受けずに真のトルク変動限界ラインを適切に把握できるようになる。その結果、現在の作動点ｐとトルク変動限界ライン上の点（本実施形態では、点ｑ）との距離Ｙを適切に把握できるようになる。
【００７２】
そのうえで、上記ルーチンによれば、距離Ｙが閾値Ｚよりも大きい場合には、遅角要求に伴う点火時期が遅角される。一方、距離Ｙが閾値Ｚ以下となる場合には、トルク変動の増加抑制のための空燃比のリッチ化（噴射燃料の増量）と、遅角要求に伴う点火時期の遅角とが実行される。トルク変動限界評価マップを使用してこのような制御を行うことにより、真のトルク変動限界ラインの近傍まで点火時期の遅角を十分に利用できるようになる。また、実際の環境条件の下でのトルク変動限界ラインに対しては余裕がある状況下であるにもかかわらず、トルク変動限界ラインを超えることの回避のために空燃比のリッチ化が行われる事態を回避することができる。このため、燃費悪化を抑制することができる。また、空燃比のリッチ化に起因するＮＯｘ排出量の増大を抑制することもできる。そして、本制御によれば、トルク変動限界ラインの近傍で行われる増量と遅角とを、トルク変動値を実際に算出する必要なしに、燃焼サイクル毎に行えるようになる。本制御とは異なり、トルク変動値の算出が行われる構成であれば、当該算出が完了する前に、実際のトルク変動値がトルク変動限界値を超えてしまうような事態が生じ得る。これに対し、本制御によれば、このような態様でトルク変動が増大することも回避できるようになる。
【００７３】
また、上記ルーチンによれば、距離Ｙが閾値Ｚ以下である場合には、上記所定量Ｆを用いた噴射燃料の増量と、所定量Ｒ２を用いた点火時期の遅角とが実行される。これにより、トルク変動限界値を上回らないようにしつつ、ノックレベルを低減させることができる。
【００７４】
なお、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ４０がステップ１０４および１０６の処理を実行することにより本発明における「指標値算出手段」が実現されており、ＥＣＵ４０がステップ１０８の処理を実行することにより本発明における「距離算出手段」が実現されており、ＥＣＵ４０がステップ１１０の判定が成立する場合にステップ１１２の処理を実行することにより本発明における「第１の制御手段」が実現されており、そして、ＥＣＵ４０がステップ１１０の判定が不成立となる場合にステップ１１４および１１６の処理を実行することにより本発明における「第２の制御手段」が実現されている。また、トルク変動限界評価マップを記憶するメモリ４０ａが本発明における「記憶手段」に相当し、そして、燃料噴射量の所定量Ｆと点火時期の遅角量（所定量Ｒ２）とが「前記第２の制御手段による空燃比のリッチ化のための噴射燃料の増量値と点火時期の遅角量」にそれぞれ相当している。
【００７５】
ところで、上述した実施の形態１においては、距離Ｙの算出に用いられるトルク変動限界ライン上の点が、図８に示すように、作動点ｐを通る等Ａ／Ｆラインとトルク変動限界ラインとの交点として特定される例について説明を行った。しかしながら、既述したように、ノックレベル低減のための遅角要求が出されたときに、ｘｙ平面上で作動点ｐが進むべき方向は、ノックレベルを下げる方向であればよく、上記の態様に限られない。
【００７６】
図１２は、距離Ｙの他の算出例を説明するための図である。実施の形態１では、距離Ｙが閾値Ｚよりも大きい場合には、点火時期の遅角のみが行われる。しかしながら、この場合の点火時期の遅角に対して、燃焼安定性向上のための空燃比のリッチ化を伴わせてもよく、また、上記とは逆に、ノック抑制のために必要な点火時期の遅角量を小さくするために空燃比のリーン化を伴わせてもよい。したがって、距離Ｙが閾値Ｚよりも大きい場合に作動点ｐが進む方向は、事前の制御方針次第で、図１２中に例示したように、等Ａ／ＦラインよりもＳＡ−ＣＡ１０が小さい側に向かう方向となる場合もあり、また、等Ａ／ＦラインよりもＳＡ−ＣＡ１０が大きい側に向かう方向となる場合もある。そして、作動点ｐが進む方向は、事前の制御方針に沿って噴射燃料の増量値（もしくは減量値）と点火時期の遅角量（所定量Ｒ１）とを決定するときに定まる。したがって、距離Ｙの算出に用いられるトルク変動限界ライン上の点ｒ（もしくは点ｓ）は、例えば、次のように特定することができる。すなわち、増量値（もしくは減量値）および遅角量と、作動点ｐを通りかつ作動点ｐの移動方向を示すラインのｘｙ平面上の傾きとの関係を事前に定めておく。次いで、増量値（もしくは減量値）および遅角量のそれぞれの取得値に基づいて傾きを取得することで、上記ラインを特定する。そして、特定された当該ラインとトルク変動限界ラインとの交点に相当する点ｒ（もしくは点ｓ）を特定する。そして、このように点火時期の遅角に対して空燃比の増減のための噴射燃料の増量もしくは減量を伴わせる場合には、図１０に示すルーチンにおいてステップ１１０の判定が成立したときに、上述のように決定される増量値（もしくは減量値）と遅角量（所定量Ｒ１）とに基づく指令（遅角指令および燃料噴射量の変更指令）を出力する処理を実行すればよい。また、事前の制御方針次第では、作動点ｐの移動方向が常に同じとされるとは限られない。すなわち、作動点ｐの進む方向は、点火時期の遅角実行中に他の要求があるか否かによって変更されるようになっていてもよい。例えば、作動点ｐが等Ａ／Ｆラインに沿った方向に進むように点火時期の遅角を継続的に行っている際にトルク変動を抑制する他の要求が出された場合には、作動点ｐの移動方向が等Ａ／ＦラインよりもＳＡ−ＣＡ１０が小さい側に向かう方向に修正されてもよい。そして、このように作動点ｐの移動方向が修正された場合には、修正後の移動方向を示すラインとトルク変動限界ラインとの交点と現在の作動点ｐとの距離として距離Ｙを算出すればよい。
【００７７】
さらに、上述した手法に代え、距離Ｙは、現在の作動点ｐとトルク変動限界ラインとの距離（最短距離が得られるトルク変動限界ライン上の点と作動点ｐとの距離）として簡易的に算出されて評価されるものであってもよい。
【００７８】
また、実施の形態１においては、リーンバーン運転中にトルク変動限界評価マップを利用した制御を行う例について説明を行った。しかしながら、本制御の適用対象は、リーンバーン運転に限られず、例えば、理論空燃比燃焼運転であってもよい。より具体的には、基本的にはリーンバーン運転中と比べて燃焼安定性が高くなるといえる理論空燃比燃焼運転中であっても、例えば、大量のＥＧＲガスが導入される場合には、トルク変動が大きくなり易い。したがって、このような場合においても、燃焼安定性の向上を図れる範囲内での空燃比のリッチ化をトルク変動の増加抑制のために必要に応じて利用しつつ、本制御を適用してもよい。
【００７９】
また、実施の形態１においては、燃焼時期指標値として、ＣＡ５０を例示した。しかしながら、本発明における「燃焼時期指標値」は、燃焼時期を代表する指標値であればよく、ＣＡ５０に代え、例えば、筒内圧最大クランク角度θＰｍａｘであってもよく、あるいは、ＣＡ５０以外の任意の特定割合燃焼点ＣＡα１であってもよい。なお、θＰｍａｘは、筒内圧Ｐの実測データを利用して取得することができる。また、本実施形態では、着火性指標値として、ＳＡ−ＣＡ１０を例示した。しかしながら、本発明における「着火性指標値」は、混合気の着火性を代表する指標値であればよく、ＳＡ−ＣＡ１０に代え、例えば、点火時期（ＳＡ）からＣＡ１０以外の任意の特定割合燃焼点ＣＡα２までのクランク角期間であってもよい。
【００８０】
また、実施の形態１においては、ノックレベル低減のための遅角要求が出された場合の点火時期の遅角制御（ノック制御の中で行われる遅角制御）を例に挙げて説明を行った。ここで、ノックレベルは、上述のようにノック強度およびノック頻度の双方によって規定されるものに代え、ノック強度とノック頻度の何れか一方で規定されるものであってもよい。このため、ノックレベルの低減のための遅角要求には、例えば、ノック強度が判定閾値以上である場合にノックが発生したと判定し、ノックが発生したと判定された場合に遅角を行うという簡素な構成において発令される要求も含まれる。
【００８１】
さらに、本発明における関係情報（着火性指標値および燃焼時期指標値との関係でトルク変動限界値を規定する関係情報）の利用対象は、ノック抑制のための遅角要求が出された場合に限られない。すなわち、他の目的での遅角要求、例えば、排気浄化触媒３２の暖機のための遅角要求が出された場合に、上記関係情報を利用して点火時期の遅角を実行してもよい。そして、距離Ｙが閾値Ｚ以下となる場合には、トルク変動抑制のために空燃比のリッチ化を行いつつ遅角要求を満たすために点火時期を遅角すればよい。さらに付け加えると、ノック抑制以外の目的での遅角要求が出された状況下であれば、距離Ｙが閾値Ｚ以下となる場合に、ノック抑制のために燃焼速度を抑える必要がない。このため、この場合の空燃比のリッチ化のための噴射燃料の所定値Ｆは、遅角要求を満たす所定量Ｒ２（遅角量）での遅角の余裕代の確保に必要な量であればよい。すなわち、この場合には、リッチ化によってＣＡ５０などの燃焼時期指標値が進角側に移行することを許容してもよい。
【００８２】
また、実施の形態１においては、シリンダブロックに伝わる振動を検出する方式のノックセンサ４６を用いてノック検出を行う例について説明を行った。しかしながら、本発明の「ノック検出手段」は、上記方式のノックセンサ４６に代え、例えば、筒内圧センサ３０を用いてノックを検出するものであってもよい。具体的には、例えば、ノック検出のための所定クランク角期間における筒内圧センサ３０の出力信号（すなわち、ノック判定用信号）の強度のピーク値がノック強度として算出されてもよく、あるいは、ノック判定用信号の強度の積分値がノック強度として算出されてもよい。
【００８３】
また、実施の形態１においては、本発明に係る「関係情報」の一例としてトルク変動限界評価マップを用いる例について説明を行った。しかしながら、本発明に係る「関係情報」は、必ずしもマップという形態で構築されて制御装置内に記憶されているものに限られず、例えば、着火性指標値および燃焼時期指標値とトルク変動限界値との関係を規定する関係式という形態で構築および記憶されていてもよい。
【００８４】
また、実施の形態１においては、各気筒に筒内圧センサ３０を備える構成の内燃機関１０を例に挙げて、各気筒の筒内圧センサ３０の出力値に基づくＣＡ５０およびＳＡ−ＣＡ１０をトルク変動限界評価マップ（関係情報）に適用する制御（図１０参照）を説明した。しかしながら、本制御を行ううえでは、筒内圧センサ３０は少なくとも１つの気筒に備えられていればよい。したがって、例えば、特定の１つの気筒を代表気筒として筒内圧センサ３０を設置し、この筒内圧センサ３０の出力値に基づくＣＡ５０およびＳＡ−ＣＡ１０をトルク変動限界評価マップに適用してもよい。そして、その評価結果に応じて代表気筒を含む他の気筒の点火時期の遅角を（必要に応じて空燃比のリッチ化とともに）行ってもよい。
【符号の説明】
【００８５】
１０  内燃機関
１２  ピストン
１４  燃焼室
１６  吸気通路
１８  排気通路
２０  吸気弁
２２  排気弁
２４  スロットルバルブ
２６  燃料噴射弁
２８  点火装置
３０  筒内圧センサ
３２  排気浄化触媒
４０  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
４０ａ  メモリ
４２  クランク角センサ
４４  エアフローセンサ
４６  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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【図１１】
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【図１２】
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