(57)【要約】【課題】この発明は、運転状態に影響されることなく、ノックの発生要因を簡単な構成によって正確に推定することを目的とする。【解決手段】ＥＣＵ５０は、ノック限界燃焼割合ＭＦＢmaxにおける筒内の未燃燃料量をノック発生時燃料残量Ｋrとして算出する。また、ノックが発生しない場合の未燃燃料量を基準燃料残量Ｋthとして算出し、両者の差分（Ｋr−Ｋth）を指標ΔＫとして算出する。そして、指標ΔＫに基いて燃料のオクタン価を推定する。これにより、負荷率の変化に影響されない指標ΔＫに基いて燃料のオクタン価を正確に推定し、ノック回避制御等の精度を向上させることができる。また、指標ΔＫを、データマップや関数式により運転状態毎に設定する必要がないので、制御に必要なデータ量を減らし個々のデータを運転状態に適合させるための適合工数を大幅に減少させることができる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のクランク角と筒内圧とに基いて燃焼行程中の燃焼質量割合を算出する機能を有し、ノックの発生に必要な量の未燃燃料が筒内に存在する限界の燃焼質量割合をノック限界燃焼割合として取得するノック限界燃焼割合取得手段と、
燃焼行程中の燃焼質量割合が前記ノック限界燃焼割合と一致した状態で、ノックが実際に発生した場合における前記未燃燃料の量をノック発生時燃料残量として算出する手段であって、前記筒内に供給された燃料の量と前記ノック限界燃焼割合とに基いて前記ノック発生時燃料残量を算出する燃料残量算出手段と、
燃焼行程中の燃焼質量割合が前記ノック限界燃焼割合と一致した状態で、ノックが発生しない場合の前記未燃燃料の量である基準残量が予め記憶された基準残量記憶手段と、
前記ノック発生時燃料残量から前記基準残量を減算することにより両者の差分を指標として算出する指標算出手段と、
前記指標に基いて燃料のオクタン価を推定するオクタン価推定手段と、
前記オクタン価推定手段を作動させて燃料のオクタン価を推定する時期を内燃機関の運転状態に基いて設定する推定時期設定手段と、
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】
前記推定時期設定手段は、前記指標が変化するときの速度が所定の急変判定値以上である場合に、前記オクタン価推定手段を作動させる構成としてなる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記推定時期設定手段は、内燃機関の始動時に前記オクタン価推定手段を作動させる構成としてなる請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
筒内に付着したデポジットの付着量を前記指標に基いて推定するデポジット付着量推定手段を備え、
前記推定時期設定手段は、前記オクタン価推定手段を作動させない時期に前記デポジット付着量推定手段を作動させてデポジットの付着量を推定する構成としてなる請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記燃料残量算出手段により算出された前記ノック発生時燃料残量を記憶する燃料残量記憶手段と、
前記ノック発生時燃料残量の算出時と異なる運転状態を含む任意の運転状態において、前記筒内に供給される燃料の量と前記ノック発生時燃料残量の記憶値とに基いて前記ノック限界燃焼割合を算出するノック限界燃焼割合逆算手段と、
少なくとも筒内圧と筒内温度とに基いて所定の積分処理を行うことにより、ノックが発生するクランク角をノック発生予測角として算出するノック発生角予測手段と、
前記ノック発生予測角から前記ノック限界燃焼割合に対応するクランク角を減算することにより、ノックを発生させずに点火時期を進角させることが可能なクランク角の余裕度を点火進角余裕度として算出する点火進角余裕度算出手段と、
を備えてなる請求項１乃至４のうち何れか１項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】
本発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、ノックの検出機能を備えた内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、例えば特許文献１（特開２００８−９５５５３号公報）に開示されているように、ノックの検出機能を備えた内燃機関の制御装置が知られている。従来技術では、まず、内燃機関の自着火に係る状態量を測定し、測定された状態量に基いて自着火の条件が成立するクランク角を第１判定値として算出する。また、測定された状態量に基いて筒内の未燃燃料量を求め、ノックの発生に必要な量の未燃燃料が存在する限界のクランク角を第２判定値として算出する。そして、これらの判定値と、点火時期の設定値とに基いてノックの発生点火時期を算出する構成としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−９５５５３号公報
【特許文献２】特開２００４−３３２５８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した従来技術では、ノックの発生点火時期を算出するために、筒内の未燃燃料量や、ノックの発生に必要な量の未燃燃料が存在する限界のクランク角等をパラメータとして用いている。これらのパラメータは、例えば内燃機関の運転状態（負荷状態）、燃料のオクタン価、筒内に付着したデポジットの付着量等によっても変化する。しかし、従来技術では、これらの要因による影響を十分に考慮していないので、ノック制御を正確に実行するのが難しいという問題がある。
【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、運転状態に影響されることなく、ノックの発生要因やノックの発生タイミングを簡単な構成によって正確に推定することができ、ノック回避制御等の精度を向上させることが可能な内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、内燃機関のクランク角と筒内圧とに基いて燃焼行程中の燃焼質量割合を算出する機能を有し、ノックの発生に必要な量の未燃燃料が筒内に存在する限界の燃焼質量割合をノック限界燃焼割合として取得するノック限界燃焼割合取得手段と、
燃焼行程中の燃焼質量割合が前記ノック限界燃焼割合と一致した状態で、ノックが実際に発生した場合における前記未燃燃料の量をノック発生時燃料残量として算出する手段であって、前記筒内に供給された燃料の量と前記ノック限界燃焼割合とに基いて前記ノック発生時燃料残量を算出する燃料残量算出手段と、
燃焼行程中の燃焼質量割合が前記ノック限界燃焼割合と一致した状態で、ノックが発生しない場合の前記未燃燃料の量である基準残量が予め記憶された基準残量記憶手段と、
前記ノック発生時燃料残量から前記基準残量を減算することにより両者の差分を指標として算出する指標算出手段と、
前記指標に基いて燃料のオクタン価を推定するオクタン価推定手段と、
前記オクタン価推定手段を作動させて燃料のオクタン価を推定する時期を内燃機関の運転状態に基いて設定する推定時期設定手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
第２の発明によると、前記推定時期設定手段は、前記指標が変化するときの速度が所定の急変判定値以上である場合に、前記オクタン価推定手段を作動させる構成としている。
【０００８】
第３の発明によると、前記推定時期設定手段は、内燃機関の始動時に前記オクタン価推定手段を作動させる構成としている。
【０００９】
第４の発明は、筒内に付着したデポジットの付着量を前記指標に基いて推定するデポジット付着量推定手段を備え、
前記推定時期設定手段は、前記オクタン価推定手段を作動させない時期に前記デポジット付着量推定手段を作動させてデポジットの付着量を推定する構成としている。
【００１０】
第５の発明は、前記燃料残量算出手段により算出された前記ノック発生時燃料残量を記憶する燃料残量記憶手段と、
前記ノック発生時燃料残量の算出時と異なる運転状態を含む任意の運転状態において、前記筒内に供給される燃料の量と前記ノック発生時燃料残量の記憶値とに基いて前記ノック限界燃焼割合を算出するノック限界燃焼割合逆算手段と、
少なくとも筒内圧と筒内温度とに基いて所定の積分処理を行うことにより、ノックが発生するクランク角をノック発生予測角として算出するノック発生角予測手段と、
前記ノック発生予測角から前記ノック限界燃焼割合に対応するクランク角を減算することにより、ノックを発生させずに点火時期を進角させることが可能なクランク角の余裕度を点火進角余裕度として算出する点火進角余裕度算出手段と、を備える。
【発明の効果】
【００１１】
第１の発明によれば、ノック限界燃焼割合での未燃燃料量であるノック発生時燃料残量を算出することができ、このノック発生時燃料残量とノックが発生しない場合の基準燃料残量との差分を指標として算出することができる。ここで、ノック発生時燃料残量は、内燃機関の負荷率が変化してもほぼ一定の値となるものであり、ノック発生時燃料残量により算出される指標も同様に、負荷率に影響されないパラメータとなる。このため、第１の発明によれば、負荷率の変化に影響されない指標に基いて、燃料のオクタン価を正確に推定することができる。そして、この推定結果に基いて各種の対応制御を的確に実行し、ノック回避制御等の精度を向上させることができる。また、指標は、負荷率に影響されないので、データマップや関数式により運転状態毎に設定する必要がない。これにより、制御に必要なデータ量を減らすことができ、また、個々のデータを運転状態に適合させるための適合工数を大幅に減少させることができる。
【００１２】
第２の発明によれば、燃料のオクタン価は、給油等により急激に変化することが多いので、推定時期設定手段は、指標が急変した場合にのみ、当該指標に基いてオクタン価を推定する。これにより、例えばオクタン価を推定するタイミングを、その値が変化し易い時期に限定することができ、最小限の推定処理によって高い効果を得ることができる。
【００１３】
第３の発明によれば、燃料のオクタン価は、内燃機関の停止中に給油等が行われることにより、内燃機関の始動時に変化していることが多い。このため、推定時期設定手段は、
内燃機関の始動時に指標に基いてオクタン価を推定する。これにより、第２の発明と同様の効果が得られる上に、始動直後に燃料のオクタン価を速やかに推定することができるので、オクタン価が異常である場合の対応処理を迅速に行うことができる。
【００１４】
第４の発明によれば、筒内のデポジット付着量は、内燃機関の始動後に燃焼が繰り返されることにより徐々に増加していく傾向がある。従って、推定時期設定手段は、デポジット付着量を推定するタイミングを、その値が変化し易い時期に限定することができ、最小限の推定処理によって高い効果を得ることができる。また、センサの追加等を行わなくても、同一の指標に基いて２種類の異なるパラメータ（オクタン価とデポジット付着量）をそれぞれ個別に推定することができ、両者の推定処理を簡単な制御により適切に使い分けることができる。従って、ノックの発生要因をそれぞれ個別に検出することができ、個々の発生要因に対してそれぞれ適切な対応を行うことができる。
【００１５】
第５の発明によれば、ある運転状態においてノック発生時燃料残量を一旦算出すれば、その値に基いて任意の運転状態におけるノック限界燃焼割合を正確かつ容易に算出することができる。そして、このノック限界燃焼割合に対応するノック限界クランク角と、ノック発生予測角とに基いて、ノックを発生させずに点火時期の進角が可能となる点火進角余裕度を算出することができる。即ち、ノックが発生する点火時期での筒内圧（燃焼圧）を計測及び推定しなくても、ノックが実際に発生する点火時期を容易に予測することができる。
【００１６】
これにより、ノックを発生させない範囲で点火時期の進角量を最大化したり、ノックの発生を回避する場合の点火時期の遅角量を最小限に抑制えることができ、ノック回避制御等の精度を更に向上させることができる。また、ノック発生時燃料残量が運転状態に関係なく一定値となることを利用して、任意の運転状態での点火進角余裕度を算出するので、点火進角余裕度をデータマップや関数式により運転状態毎に設定する必要がない。これにより、制御に必要なデータ量を減らし、個々のデータを運転状態に適合させるための適合工数を大幅に減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【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全体構成図である。
【図２】燃料のオクタン価と指標ΔＫとの関係を示す特性線図である。
【図３】筒内に付着したデポジットの量と指標ΔＫとの関係を示す特性線図である。
【図４】ノック限界燃焼割合ＭＦＢmax及びノック発生時燃料残量Ｋrの特性を例示した説明図である。
【図５】本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される制御のフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態２において、ＥＣＵにより実行される制御のフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態３において、Livengood-Wu積分式による積分値と、ノック限界燃焼割合ＭＦＢmaxと、ノックの発生し易さとの関係を示す説明図である。
【図８】本発明の実施の形態３において、ＥＣＵにより実行される制御のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１乃至図５を参照しつつ、本発明の実施の形態１について説明する。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全体構成図である。本実施の形態のシステムは、多気筒型の内燃機関としてのエンジン１０を備えている。なお、図１では、エンジン１０の１気筒のみを例示している。また、本発明は、単気筒を含む任意の気筒数のエンジンに適用されるものである。図１に示すように、エンジン１０の各気筒には、ピストン１２により燃焼室１４が画成されており、ピストン１２はエンジンのクランク軸１６に連結されている。
【００１９】
また、エンジン１０は、各気筒の燃焼室１４内（筒内）に吸入空気を吸込む吸気通路１８と、各気筒から排気ガスが排出される排気通路２０とを備えている。吸気通路１８には、アクセル開度等に基いて吸入空気量を調整する電子制御式のスロットルバルブ２２が設けられている。排気通路２０には、排気ガスを浄化する触媒２４が設けられている。また、各気筒には、吸気ポートに燃料を噴射する燃料噴射弁２６と、筒内の混合気に点火する点火プラグ２８と、吸気ポートを筒内に対して開閉する吸気バルブ３０と、排気ポートを筒内に対して開閉する排気バルブ３２とが設けられている。
【００２０】
また、本実施の形態のシステムは、センサ４０〜４８を含むセンサ系統と、エンジン１０の運転状態を制御するＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０とを備えている。まず、センサ系統について説明すると、クランク角センサ４０は、クランク軸１６の回転に同期した信号を出力するもので、エアフローセンサ４２は吸入空気量を検出する。また、筒内圧センサ４４は、筒内圧に対応する信号を出力する公知のセンサにより構成され、気筒毎にそれぞれ設けられている。吸気温センサ４６は、吸入空気の温度を検出するもので、ノックセンサ４８は、エンジンの振動状態に基いてノックの発生を検出する。この他にも、センサ系統には、エンジン制御に必要な各種のセンサ（スロットルバルブ２２の開度を検出するスロットルセンサ、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサ、排気空燃比を検出する空燃比センサ等）が含まれている。
【００２１】
ＥＣＵ５０は、例えばＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリ等を含む記憶回路を備えた演算処理装置により構成されている。ＥＣＵ５０の入力側には、センサ系統の各センサが接続されており、ＥＣＵ５０の出力側には、スロットルバルブ２２、燃料噴射弁２６、点火プラグ２８等を含む各種のアクチュエータが接続されている。また、ＥＣＵ５０は、クランク角に応じて変化する各種のデータを、当該クランク角と共に時系列データとして記憶する機能を備えている。この時系列データには、各センサの出力値、及び当該出力値に基いて算出される各種の指標、パラメータ等が含まれる。
【００２２】
そして、ＥＣＵ５０は、エンジンの運転情報をセンサ系統により検出しつつ、各アクチュエータを駆動して運転状態を制御する。具体的には、クランク角センサ４０の出力に基いてエンジン回転数（機関回転数）とクランク角とを検出し、エアフローセンサ４２の出力に基いて吸入空気量を算出する。また、吸入空気量、エンジン回転数等に基いてエンジンの負荷（負荷率）を算出する。そして、クランク角に基いて燃料噴射時期や点火時期を決定し、これらの時期が到来したときには、燃料噴射弁２６や点火プラグ２８を駆動する。これにより、筒内で混合気を燃焼させ、エンジンを運転することができる。
【００２３】
[実施の形態１の特徴]
本実施の形態では、燃焼行程中に筒内に残存する未燃燃料の量（Ｋ値）と、ノックの発生状態とに基いて燃料のオクタン価や筒内のデポジット付着量を推定すること特徴としている。以下、その具体的な処理について説明する。
【００２４】
（ノック限界燃焼割合ＭＦＢmaxの取得）
まず、最初の処理では、例えば点火時期を徐々に進角させつつ、ノックが実際に発生するクランク角を検出し、このクランク角での燃焼質量割合ＭＦＢ（Mass Fraction of Burned fuel）をノック限界燃焼割合ＭＦＢmaxとして取得する。ここで、ノック限界燃焼割合ＭＦＢmaxとは、ノックの発生に必要な量の未燃燃料が筒内に存在する限界（上限）の燃焼質量割合として定義される。
【００２５】
筒内に残存する未燃燃料の量は、燃焼質量割合が高くなるほど減少するので、燃焼質量割合がある上限値以上に高い状態では、燃える燃料が無くなってノックが発生しなくなる。即ち、燃焼質量割合には、ノックが発生し得る上限値が存在しており、この上限値がノック限界燃焼割合ＭＦＢmaxに相当している。また、燃焼行程中の任意のクランク角θにおける燃焼質量割合ＭＦＢは、燃焼行程中の発熱量と相関があるパラメータＰＶκ(θ)に基いて、下記（１）式により算出される。
【００２６】
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【００２７】
ここで、ＰＶκ(θ)は、筒内圧センサ４４によりクランク角θで検出された筒内圧Ｐと、クランク角θでの筒内容積Ｖを比熱比κにより累乗した値Ｖκとを乗算したものである。また、ＰＶκ(θs)は、燃焼行程が開始されるクランク角θs（例えば、爆発上死点を基準として、ＢＴＤＣ６０°ＣＡ）におけるＰＶκ(θ)の値であり、ＰＶκ(θe)は、燃焼行程が終了するクランク角θe（例えば、ＡＴＤＣ６０°ＣＡ）におけるＰＶκ(θ)の値である。従って、点火時期を徐々に進角させることによりノックが発生したときに、この時点のクランク角をθとして前記（１）式の演算を実行すれば、ノック限界燃焼割合ＭＦＢmaxを取得することができる。
【００２８】
（ノック発生時燃料残量Ｋrの算出）
次の処理では、燃焼質量割合ＭＦＢがノック限界燃焼割合ＭＦＢmaxと一致した状態でノックが実際に発生した場合のＫ値を、ノック発生時燃料残量Ｋrとして算出する。即ち、ノック発生時燃料残量Ｋrは、上記処理によりノック限界燃焼割合ＭＦＢmaxを取得した時点で筒内に残存する未燃燃料の量として定義される。そして、ノック発生時燃料残量Ｋrは、１サイクル中に筒内に供給（吸入または噴射）された燃料の供給量Ｑと、ノック限界燃焼割合ＭＦＢmaxとに基いて、下記（２）式により算出される。
【００２９】
Ｋr＝Ｑ×（１−ＭＦＢmax）      ・・・（２）
【００３０】
（指標ΔＫの算出）
一方、ＥＣＵ５０には、ノックが発生しない正常燃焼時のＫ値である基準残量Ｋthが予め記憶されている。基準残量Ｋthは、燃焼質量割合ＭＦＢがノック限界燃焼割合ＭＦＢmaxと一致した状態でノックが発生しない場合のＫ値に相当するもので、例えば正常燃焼時の点火時期、クランク角、筒内圧等に応じて変化するデータマップとして設定されている。そして、次の処理では、下記（３）式に示すように、ノック発生時燃料残量Ｋrから基準残量Ｋthを減算することにより、両者の差分である指標ΔＫを算出する。
【００３１】
ΔＫ＝Ｋr−Ｋth      ・・・（３）
【００３２】
（オクタン価及びデポジット付着量の推定）
このように算出された指標ΔＫは、図２及び図３に示すように、燃料のオクタン価及び筒内のデポジット付着量に対して一定の相関を有している。ここで、図２は、燃料のオクタン価と指標ΔＫとの関係を示す特性線図であり、図３は、筒内に付着したデポジットの量と指標ΔＫとの関係を示す特性線図である。具体的に述べると、指標ΔＫは、燃料のオクタン価が低いほど増加する特性を有し、また、筒内のデポジット付着量が多くなるほど増加する特性を有している。これらの図に示す特性は、データマップ等としてＥＣＵ５０に予め記憶されている。
【００３３】
従って、上記特性を利用すれば、指標ΔＫに基いて燃料のオクタン価及び筒内のデポジット付着量を推定し、その推定結果に応じて適切な対応制御を実行することができる。具体例を挙げると、まず、図２に示すように、指標ΔＫが所定のオクタン価判定値よりも大きい場合には、燃料のオクタン価が許容範囲から外れている（異常判定ラインである閾値よりも低い）と判定する。この場合には、オクタン価が許容範囲内である場合と比較してノックが発生し易くなるので、例えばオクタン価用の警告灯を点灯して使用燃料の交換等を促したり、エンジンの出力や点火時期の進角を通常よりも規制する等の対応制御を行う。なお、オクタン価判定値は、例えばオクタン価の許容範囲の下限値に対応して設定される。
【００３４】
一方、図３に示すように、指標ΔＫが所定のデポジット判定値よりも大きい場合には、筒内のデポジット付着量が許容範囲から外れている（異常判定ラインである閾値よりも多い）と判定する。この場合には、ノッキングやプレイグニッション等の異常燃焼が発生し易くなるので、例えばデポジット用の警告灯を点灯してエンジンの整備を促したり、エンジンの出力や点火時期の進角を規制する等の対応制御を行う。なお、デポジット判定値は、例えばデポジット付着量の許容範囲の下限値に対応するもので、オクタン価判定値と別個に設定される。
【００３５】
（推定時期の制御）
また、上述したオクタン価やデポジット付着量の推定処理（判定処理）は、それぞれの値が変化し易い時期に合わせて実行するのが好ましい。そこで、本実施の形態では、指標ΔＫが急変した場合に指標ΔＫに基いて燃料のオクタン価を推定し、指標ΔＫが急変していない場合には、指標ΔＫに基いてデポジット付着量を推定する構成としている。具体例を挙げると、まず、ＥＣＵ５０は、演算サイクル毎に算出される指標ΔＫの最新値と、前回の演算サイクルで算出された指標ΔＫの前回値との差分を指標変化量ΔＫdとして算出する。この指標変化量ΔＫdは、指標ΔＫが変化するときの速度に対応している。そして、指標変化量ΔＫdが所定の急変判定値Ｚよりも大きい場合には、指標ΔＫが急変したものと判定し、指標変化量ΔＫdが急変判定値Ｚ以下の場合には、指標ΔＫが急変していないものと判定する。なお、急変判定値Ｚは、実験等に基いて適宜設定する。
【００３６】
ここで、燃料のオクタン価は、給油等により急激に変化することがあり、また、筒内のデポジット付着量は、燃焼の繰り返しにより徐々に増加していく傾向がある。従って、指標ΔＫが急変した場合には、この変化が給油等によるオクタン価の変化に起因するものと判断されるので、指標ΔＫに基いてオクタン価の推定（判定）を実行する。一方、指標ΔＫが急変していない（比較的緩やかに変化する）場合には、この変化がデポジット付着量の増加に起因するものと判断されるので、指標ΔＫに基いてデポジットの付着量を推定（判定）する。
【００３７】
この構成によれば、例えばオクタン価やデポジット付着量を推定するタイミングを、これらのパラメータが変化し易い時期に限定することができ、最小限の推定処理によって高い効果を得ることができる。また、筒内圧センサ４４以外のセンサを追加しなくても、同一の指標ΔＫに基いて２種類の異なるパラメータをそれぞれ個別に推定することができ、両者の推定処理を簡単な制御により適切に使い分けることができる。従って、ノックの発生要因をそれぞれ個別に検出することができ、個々の発生要因に対してそれぞれ適切な対応を行うことができる。
【００３８】
次に、図４を参照して、指標ΔＫに基いた推定処理の効果について説明する。図４は、ノック限界燃焼割合ＭＦＢmax及びノック発生時燃料残量Ｋrの特性を例示した説明図である。この図において、θ90，θ90は、それぞれ燃焼質量割合が９０％、９２％となるときのクランク角を表している。まず、図４（ａ）について説明すると、この図は、例えば負荷率（充填効率）ＫＬ＝４０％において、ノック限界燃焼割合ＭＦＢmax＝９０％となる運転状態を示している。この運転状態において、負荷率ＫＬが６０％に増加した場合には、図４（ｂ）に示すように、燃料噴射量が増加するので、燃焼質量割合が９０％よりも高い状態であっても、ノックが発生し得る。この場合、ノック限界燃焼割合ＭＦＢmaxは、図４（ｃ）に示すように、例えば負荷率ＫＬに応じて９２％に上昇している。
【００３９】
このように、ノック限界燃焼割合ＭＦＢmax（及び当該燃焼割合に対応するクランク角）は、負荷率ＫＬによって変化する。従って、これらの値を指標としてノック回避制御や前記推定処理を行う場合には、負荷率ＫＬに応じて指標を補正する処理が必要となる。具体的には、例えばノック限界燃焼割合ＭＦＢmaxを運転状態毎に異なるデータマップや関数式として作成し、運転状態毎に異なる個々のデータをそれぞれ適合させる作業が必要となる。これに対し、ノック限界燃焼割合ＭＦＢmaxにおける未燃燃料の量、即ち、ノック発生時燃料残量Ｋrは、図４（ａ），（ｃ）に示すように、負荷率ＫＬが変化しても、ほぼ一定の値となる。
【００４０】
また、ノック発生時燃料残量Ｋrにより算出される指標ΔＫも同様に、負荷率ＫＬに影響されないパラメータとなる。このため、本実施の形態によれば、負荷率ＫＬの変化に影響されない指標ΔＫに基いて、燃料のオクタン価や筒内のデポジット付着量を正確に推定することができる。そして、これらの推定結果に基いて各種の対応制御を的確に実行し、ノック回避制御等の精度を向上させることができる。また、指標ΔＫ（ノック発生時燃料残量Ｋr）は負荷率ＫＬに影響されないので、データマップや関数式により運転状態毎に設定する必要がない。これにより、制御に必要なデータ量を減らすことができ、また、個々のデータを運転状態に適合させるための適合工数を大幅に減少させることができる。
【００４１】
［実施の形態１を実現するための具体的な処理］
次に、図５を参照して、上述した制御を実現するための具体的な処理について説明する。図５は、本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される制御のフローチャートである。この図に示すルーチンは、エンジンの運転中に繰返し実行されるものとする。図５に示すルーチンでは、まず、ステップ１００において、エンジンの運転状態（エンジン回転数、負荷率）を推定処理に適した所定の値に設定（制御）する。
【００４２】
次に、ステップ１０２では、点火時期を徐々に進角させてノックを意図的に発生させ、ノックセンサ４８によりノックの発生を検出する。そして、ステップ１０４では、ノックを検出した時点の燃焼割合をノック限界燃焼割合ＭＦＢmaxとして取得する。また、ステップ１０６では、１サイクル中の燃料供給量Ｑとノック限界燃焼割合ＭＦＢmaxとに基いて、前記（２）式によりノック発生時燃料残量Ｋrを算出し、ステップ１０８では、算出したノック発生時燃料残量ＫrをＥＣＵ５０に記憶する。
【００４３】
次に、ステップ１１０では、前記ステップ１０２でノックを発生させていたので、ノック回避制御を実行する。このノック回避制御としては、点火時期の遅角等を含む公知の制御を用いてもよいし、または、後述する実施の形態３で説明する制御を用いてもよい。次に、ステップ１１２では、ノック発生時燃料残量Ｋrと基準残量Ｋthとに基いて、前記（３）式により指標ΔＫを算出する。そして、ステップ１１４では、前述の手法により、指標ΔＫが急変したか否かを判定する。
【００４４】
ここで、ステップ１１４の判定が成立した場合には、給油等により指標ΔＫが急変したと判断されるので、ステップ１１６では、制御状態を燃焼異常判定モードに設定する。そして、ステップ１１８では、指標ΔＫと燃料のオクタン価との関係を示すデータマップ（図２）を参照し、ステップ１２０では、オクタン価が前記閾値未満であるか否か、即ち、指標ΔＫがオクタン価判定値よりも大きいか否かを判定する。この判定が成立した場合には、ステップ１２２において、オクタン価用の警告灯を点灯し、必要に応じて他の対応制御を実行する。また、ステップ１２０の判定が不成立の場合には、そのまま本ルーチンを終了する。
【００４５】
一方、ステップ１１４の判定が不成立の場合には、筒内のデポジット付着量が増大することにより、指標ΔＫが緩やかに増加したと判断される。そこで、この場合には、ステップ１２４において、制御状態をデポジット判定モードに設定し、ステップ１２６では、指標ΔＫと筒内のデポジット付着量との関係を示すデータマップ（図３）を参照する。そして、ステップ１２８では、デポジットの付着量が閾値よりも大きいか否か、即ち、指標ΔＫがデポジット判定値よりも大きいか否かを判定する。この判定が成立した場合には、ステップ１３０において、デポジット用の警告灯を点灯し、必要に応じて他の対応制御を実行する。また、ステップ１２８の判定が不成立の場合には、そのまま本ルーチンを終了する。
【００４６】
なお、前記実施の形態１では、図５中のステップ１０４が請求項１におけるノック限界燃焼割合取得手段の具体例を示し、ステップ１０６が燃料残量算出手段の具体例を示している。また、ステップ１１２は指標算出手段の具体例を示し、ステップ１２０はオクタン価推定手段の具体例を示している。さらに、ステップ１１４は、請求項１，２，４における推定時期設定手段の具体例を示し、ステップ１２８は、請求項４におけるデポジット付着量推定手段の具体例を示している。一方、ＥＣＵ５０は、請求項１における基準残量記憶手段の具体例を示している。
【００４７】
実施の形態２．
次に、図６を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態では、前記実施の形態１と同様の構成及び制御において、エンジンの始動時に燃料のオクタン価を推定し、エンジンの始動後にデポジット付着量を推定することを特徴としている。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００４８】
［実施の形態２の特徴］
前述したように、オクタン価やデポジット付着量の推定処理（判定処理）は、それぞれの値が変化し易い時期に合わせて実行するのが好ましい。この点について、実施の形態１と異なる観点から考察すると、燃料のオクタン価は、エンジンの停止中に給油等が行われることにより、エンジンの始動時に変化していることが多い。また、筒内のデポジット付着量は、エンジンの始動時に突然増加するものではなく、始動後にある程度の時間が経過した時点（例えば、暖機がある程度進行した時点）で増加が目立つようになる。
【００４９】
このため、本実施の形態では、エンジンの始動時に指標ΔＫに基いて燃料のオクタン価を推定し、始動後に指標ΔＫに基いて筒内のデポジット付着量を推定する構成としている。ここで、「始動時」とは、例えばエンジンのクランキング中、及びエンジンの自立運転が開始されてから所定の時間が経過するまでの期間を意味している。また、「始動後」とは、前記所定の時間が経過した後を意味している。前記所定の時間は、例えば指標ΔＫに基いて燃料のオクタン価を推定するのに必要な時間として設定される。
【００５０】
このように構成される本実施の形態でも、前記実施の形態１とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態では、エンジンの始動直後に燃料のオクタン価を速やかに推定することができるので、オクタン価が異常である場合の対応処理を迅速に行うことができる。
【００５１】
［実施の形態２を実現するための具体的な処理］
次に、図６を参照して、上述した制御を実現するための具体的な処理について説明する。図６は、本発明の実施の形態２において、ＥＣＵにより実行される制御のフローチャートである。この図に示すルーチンでは、ステップ２１４を除いて、実施の形態１（図５）と同様の処理を実行する。また、ステップ２１４では、上述の方法によりエンジンが始動時であるか否かを判定する。そして、この判定が成立した場合には、ステップ２１６〜２２２において、オクタン価の推定処理を実行し、ステップ２１４の判定が不成立の場合には、ステップ２２４〜２３０において、デポジット付着量の推定処理を実行する。
【００５２】
なお、前記実施の形態２では、図６中のステップ２１４が請求項１，３，４における推定時期設定手段の具体例を示している。その他の手段の具体例については、実施の形態１と同様である。
【００５３】
実施の形態３．
次に、図７及び図８を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態では、前記実施の形態１または２と同様の構成及び制御に加えて、ノック発生時燃料残量Ｋr等に基いてノックの発生時期を予測し、ノック回避制御を実行することを特徴としている。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００５４】
［実施の形態３の特徴］
前記図４において説明したように、ノック発生時燃料残量Ｋrは、負荷率ＫＬによって変動することがない。このため、本実施の形態では、現在の点火時期におけるノックの発生し易さ、及びノックを発生させずに現在の点火時期を進角させることが可能な量を、ノック発生時燃料残量Ｋr等に基いて推定する構成としている。以下、この推定処理について具体的に説明する。
【００５５】
まず、図７は、本発明の実施の形態３において、Livengood-Wu積分式による積分値と、ノック限界燃焼割合ＭＦＢmaxと、ノックの発生し易さとの関係を示す説明図である。この図において、ノック限界クランク角θmfbmaxとは、ノック限界燃焼割合ＭＦＢmaxに対応するクランク角であり、燃焼質量割合がノック限界燃焼割合ＭＦＢmaxと等しくなるクランク角として定義される。
【００５６】
また、Livengood-Wu積分式とは、少なくとも筒内圧と筒内温度とに基いて所定の積分処理を行うことにより、ノックが発生するクランク角を予測する公知の予測モデルである。この予測モデルについては、例えば特開２００４−３３２５８４号公報、特開２００８−９５５９３号公報、特開２０１０−８４６２１号公報等に記載されているので、詳細な説明は省略する。Livengood-Wu積分式の積分値が１となるクランク角では、ノックの発生が予測される。以下の説明では、上記積分値が１となるクランク角をノック発生予測角θknockと称するものとする。
【００５７】
図７には、点火時期が異なる３つのサイクルＡ，Ｂ，Ｃが例示されている。各サイクルの特性線は、点火時期を進角させるほど、特性線が急激に立ち上がる特性、即ち、ノック発生予測角θknockが小さくなる（進角される）特性を有している。また、例えばサイクルＡ，Ｂでは、上記積分値が１となるノック発生予測角θknockがノック限界クランク角θmfbmax以下となっている。このため、サイクルＡ，Ｂでは、ノックが発生し得る燃焼質量割合の領域において、クランク角がノック予測角θknockに到達することになる。このことは、サイクルＡ，Ｂにおいて、現在の点火時期でもノックが発生する可能性があり、ノックの発生までにクランク角の余裕がない（点火時期を進角させる余裕がない）ことを意味している。
【００５８】
一方、例えばサイクルＣでは、ノック発生予測角θknockがノック限界クランク角θmfbmaxよりも大きくなっている。即ち、サイクルＣでは、ノックが発生しない燃焼質量割合の領域において、クランク角がノック予測角θknockに到達することになる。また、サイクルＣにおいて、点火時期を進角させた場合には、その進角量が大きくなるほど、ノック発生予測角θknockがノック限界クランク角θmfbmaxに接近し、両者が一致した時点でノックが発生する。
【００５９】
このことは、サイクルＣにおいて、ノックが発生するまでにクランク角の余裕度（点火時期を進角させる余裕度）があることを意味している。この余裕度を点火進角余裕度Δθと定義すれば、点火進角余裕度Δθは、図７に示すように、ノック発生予測角θknockとノック限界クランク角θmfbmaxとに基いて、下記（４）式により算出される。サイクルＣのように、点火進角余裕度Δθが正となるサイクルでは、ノックを発生させずに点火時期をΔθ分だけ進角させることができる。
【００６０】
Δθ＝θknock−θmfbmax      ・・・（４）
【００６１】
上記（４）式において、ノック発生予測角θknockは、前述したようにLivengood-Wu積分式の積分値が１となるクランク角として求めることができる。また、ノック限界クランク角θmfbmaxは、予め記憶したデータマップ、関数式等に基いて、燃焼質量割合がノック限界燃焼割合ＭＦＢmaxと一致するクランク角として求められるものであり、このノック限界燃焼割合ＭＦＢmaxは、実施の形態１，２で算出されたノック発生時燃料残量Ｋrと、筒内の燃料供給量Ｑとに基いて、下記（５）式により算出される。
【００６２】
ＭＦＢmax＝１−Ｋr／Ｑ      ・・・（５）
【００６３】
ここで、上記（５）式は、前記（２）式を変形したものである。即ち、ノック発生時燃料残量Ｋrは、前記（２）式を算出した時点と比較してエンジンの運転状態（エンジン回転数や負荷率）が変化したとしても、一定の値に保持される。従って、本実施の形態では、前記（２）式によりノック発生時燃料残量Ｋrを算出した時点で、その値を記憶しておく。そして、運転状態が変化した場合でも、当該運転状態での燃料供給量Ｑとノック発生時燃料残量Ｋrの記憶値とに基いて上記（５）式の演算を行うことにより、新たな運転状態に対応するノック限界燃焼割合ＭＦＢmaxを算出（逆算）する。
【００６４】
このように、本実施の形態によれば、ある運転状態においてノック発生時燃料残量Ｋrを一旦算出すれば、その値に基いて任意の運転状態におけるノック限界燃焼割合ＭＦＢmaxを正確かつ容易に算出することができる。そして、このノック限界燃焼割合ＭＦＢmaxに対応するノック限界クランク角θmfbmaxと、ノック発生予測角θknockとに基いて、ノックを発生させずに現在の点火時期を進角させることが可能な最大の進角量である点火進角余裕度Δθを算出することができる。即ち、本実施の形態では、例えばノックが発生する点火時期での筒内圧（燃焼圧）を計測及び推定しなくても、ノックが実際に発生する点火時期を容易に予測することができる。
【００６５】
これにより、ノックを発生させない範囲で点火時期の進角量を最大化したり、ノックの発生を回避する場合の点火時期の遅角量を最小限に抑制えることができ、ノックを回避しつつ点火時期の制御を適切に行うことができる。従って、実施の形態１，２の作用効果に加えて、ノック回避制御等の精度を更に向上させることができる。しかも、ノック発生時燃料残量Ｋrが運転状態に関係なく一定値となることを利用して、任意の運転状態での点火進角余裕度Δθを算出するので、点火進角余裕度Δθをデータマップや関数式により運転状態毎に設定する必要がない。これにより、制御に必要なデータ量を減らして制御を簡略化することができる。また、個々のデータを運転状態に適合させるための適合工数を大幅に減少させることができる。
【００６６】
［実施の形態３を実現するための具体的な処理］
次に、図８を参照して、上述した制御を実現するための具体的な処理について説明する。図８は、本発明の実施の形態３において、ＥＣＵにより実行される制御のフローチャートである。この図に示すルーチンは、実施の形態１，２（図５，図６）で説明したルーチンのステップ１１０または２１０において実行されるものである。そして、図８に示すルーチンにおいて、まず、ステップ３００では、エンジンの運転状態を、前記ステップ１０６または２０６でノック発生時燃料残量Ｋrを算出したときと異なる任意の運転状態（エンジン回転数または負荷率）に変更する。
【００６７】
次に、ステップ３０２では、前記ステップ１０８または２０８で記憶しておいたノック発生時燃料残量Ｋr等に基いて前記（５）式の演算を実行し、変更された運転状態に対応するノック限界燃焼割合ＭＦＢmaxを算出する。そして、ステップ３０４では、このノック限界燃焼割合ＭＦＢmaxに対応するノック限界クランク角θmfbmaxを算出する。また、ステップ３０６では、Livengood-Wu積分式の積分値が１となるノック発生予測角θknockを算出し、ステップ３０８では、前記（４）式により点火進角余裕度Δθを算出する。
【００６８】
次に、ステップ３１０では、点火進角余裕度Δθが零よりも大きいか否かを判定し、この判定が成立した場合には、ステップ３１２において、現在の点火時期をΔθ分だけ進角できるものと予測し、ステップ３１４において、点火時期を実際に進角させる。そして、ステップ３１６では、点火時期の制御を終了するタイミングであるか否かを判定し、この判定が成立した場合には、本ルーチンを終了する。また、制御を終了しない場合には、ステップ３０２に戻ってステップ３０２〜３１８の処理を繰り返す。
【００６９】
一方、ステップ３１０の判定が不成立の場合には、ステップ３１８において、ノックが発生するものと予測し、必要に応じて点火時期の遅角等を含む対応制御を実行する。そして、ステップ３００に戻ってステップ３００〜３１８の処理を繰り返す。
【００７０】
なお、前記実施の形態３では、図５または図６中のステップ１０８，２０８が請求項５における燃料残量記憶手段の具体例を示し、図８中のステップ３０２がノック限界燃焼割合逆算手段の具体例を示している。また、ステップ３０６はノック発生角予測手段の具体例を示し、ステップ３０８は点火進角余裕度算出手段の具体例を示している。
【００７１】
また、前記実施の形態１〜３では、それぞれの構成を個別に説明したが、本発明はこれに限らず、例えば実施の形態１〜３のうち何れか２つまたは３つの構成を組合わせてもよい。即ち、実施の形態１，２を組合わせることにより、指標ΔＫの急変時及びエンジンの始動時に燃料のオクタン価を推定し、それ以外の場合には筒内のデポジット付着量を推定する構成としてもよい。また、実施の形態１，２の何れか一方の構成、または両者を組合わせた構成において、実施の形態３で説明した制御を実行する構成としてもよい。
【００７２】
また、前記実施の形態１，２では、オクタン価とデポジット付着量の両方を推定するものとしたが、本発明はこれに限らず、例えば指標ΔＫの急変時やエンジンの始動時にオクタン価のみを推定し、デポジット付着量の推定処理は実行しない構成としてもよい。また、前記実施の形態１，２では、オクタン価やデポジット付着量の推定処理を判定値（閾値）との比較により行うものとした。しかし、本発明はこれに限らず、指標ΔＫに基いて図２及び図３に示す特性データを参照することにより、オクタン価及びデポジット付着量を連続的に変化する値として推定してもよい。
【００７３】
また、前記実施の形態では、燃料噴射弁２６により吸気ポート内に燃料を噴射するエンジンを例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、燃料を筒内に直接噴射する筒内噴射型のエンジンに適用してもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１０  エンジン（内燃機関）
１２  ピストン
１４  燃焼室
１６  クランク軸
１８  吸気通路
２０  排気通路
２２  スロットルバルブ
２４  触媒
２６  燃料噴射弁
２８  点火プラグ
３０  吸気バルブ
３２  排気バルブ
４０  クランク角センサ
４２  エアフローセンサ
４４  筒内圧センサ
４６  吸気温センサ
４８  ノックセンサ
５０  ＥＣＵ（基準残量記憶手段、燃料残量記憶手段）
ＭＦＢmax  ノック限界燃焼割合
Ｑ  筒内の燃料供給量
Ｋr  ノック発生時燃料残量（Ｋ値）
Ｋth  基準燃料残量（Ｋ値）
ΔＫ  指標
Ｚ  急変判定値
θknock  ノック発生予測角
θmfbmax  ノック限界クランク角
Δθ  点火進角余裕度
【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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