JP4135419B2 - 筒内噴射式内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料噴射弁から燃焼室内にガソリン燃料を直接噴射供給するようにした筒内噴射式内燃機関に採用されて好適な筒内噴射式内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、上記筒内噴射式内燃機関では、燃料を気筒内に直接噴射することによる燃料の気化熱で吸入空気を冷却することができることから、気筒内に実際に吸入される空気の圧縮比である実圧縮比についてもその実質的な向上が図られる。
【０００３】
また近年、こうした筒内噴射式内燃機関においては、その圧縮比を更に向上させるべく、ガソリン燃料としてオクタン価の高いハイオクガソリン（プレミアムガソリン）を用いる仕様の機関も提案され、実用されている。このハイオクガソリンは、通常のレギュラガソリンよりもオクタン価が高いために、同ハイオクガソリンを用いた内燃機関では、圧縮比の増大に起因してノッキングが生じる場合であれ、レギュラガソリンを用いた内燃機関よりも、該ノッキングが生じる圧縮比を更に上方にもっていくことができる。
【０００４】
もっとも、こうしたハイオクガソリンを燃料として用いる仕様（ハイオク仕様）の内燃機関にあっても、そのコストパフォーマンス性等から、価格的に安価なレギュラガソリンも燃料として併用できることが望ましい。ただしこの場合、それら両ガソリン燃料の特性の違いから、それぞれの燃料にとって必ずしも適切な燃焼制御が行われるとは限らない。すなわち、ハイオク仕様のものは通常、レギュラ仕様のものと比較して、各気筒の燃焼室の最小容積に対する最大容積の比である上記圧縮比が大きく設定された機関構造となる。そのため、こうしたハイオク仕様の内燃機関でレギュラガソリンを使用すると、ノッキングが生じやすいなどの問題が生じることともなる。
【０００５】
そこで従来は、例えば特開平８−４２４３４号公報に記載にみられるように、ノッキングセンサの検出結果に基づき、使用されている燃料がレギュラガソリンであると判断されると、アイドル運転時の点火時期を変更するようにした点火時期制御装置なども提案されている。このような点火時期制御装置を採用することにより、ガソリン燃料がハイオクガソリン、レギュラガソリンのいずれであっても、アイドル運転時には、それぞれのガソリン燃料に適した点火時期にて点火制御を行うことができるようになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記点火時期制御装置によれば、使用されるガソリン燃料に適した点火時期にてアイドル時の点火時期制御を行うことができるとはいえ、アイドル運転時以外の内燃機関の制御に関しては、未だ改良の余地が残るものとなっている。
【０００７】
すなわち、ハイオク仕様の内燃機関の場合には上述したように、レギュラ仕様のものと 比較して各気筒の燃焼室の最小容積に対する最大容積の比である圧縮比が大きな機関構造とされる。このため、こうした機関構造を有するハイオク仕様の内燃機関においてレギュラガソリンが使用されると、このレギュラガソリンにとっては過剰な圧縮比にて内燃機関が運転されることとなる。そして、このような過剰な圧縮比での運転は、内燃機関にとって好ましくないプレイグニッションの発生をも招きかねない。ちなみに、このプレイグニッションとは、プラグや燃焼室の壁、ピストン、バルブ等に付着しているカーボンに残留する火種によって、点火制御のなされる以前に、圧縮行程において混合気が着火して燃焼が生じる現象である。
【０００８】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的はガソリン燃料のオクタン価の大小にかかわらず、プレイグニッションの発生を好適に抑制することのできる筒内噴射式内燃機関の制御装置を提供することにある。
【０００９】
【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。
請求項１記載の発明は、燃料噴射弁から燃焼室内にガソリン燃料を直接噴射供給する筒内噴射式内燃機関にあってその運転状態を制御する筒内噴射式内燃機関の制御装置において、前記ガソリン燃料のオクタン価を検出するオクタン価検出手段と、該オクタン価検出手段によって前記ガソリン燃料のオクタン価が所定値以下であることが検出されて、且つ、当該機関の負荷の増加率が所定値以上であると判断されるとき、前記ガソリン燃料の一回の燃焼行程において要求される燃料量を吸気行程と圧縮行程とで分割して噴射し、同オクタン価検出手段によって前記ガソリン燃料のオクタン価が前記所定値を上回ることが検出されるとき、又は、当該機関の負荷の増加率が前記所定値を下回ると判断されるとき、前記ガソリン燃料の噴射を吸気行程で行う手段とを備えることをその要旨とする。
【００１０】
オクタン価が小さいほど、圧縮比の増大に伴ってプレイグニッションが生じやすい。一方、当該機関の負荷の増加時には、その気筒に吸入される空気量が増大するために、実圧縮比が増大する。このため、この負荷の増大時における燃料噴射制御として吸気行程噴射を用いると、この噴射された燃料と吸入された空気との混合気が圧縮行程において圧縮されることに伴い温度が上昇することによって、オクタン価の小さい燃料ほどプレイグニッションが生じやすい。
【００１１】
この点、上記構成では、ガソリン燃料のオクタン価が所定値以下であることが検出されて、且つ、当該機関の負荷の増加率が所定値以上であると判断されるとき、ガソリン燃料の一回の燃焼行程において要求される燃料量を吸気行程と圧縮行程とで分割して噴射する。このように、吸気行程と圧縮行程とで分割して噴射を行うことで、点火プラグ周りの空燃比を部分的にリッチにすることができる。そしてこれにより、同点火プラグ周りの燃料の気化潜熱が大きくなるために、点火プラグ周りの温度上昇を抑制することができ、オクタン価の低い燃料においてもプレイグニッションの発生を好適に抑制することができるようになる。すなわち、上記構成によれば、ガソリン燃料のオクタン価の大小にかかわらず、プレイグニッションの発生を好適に抑制することのできるようになる。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記吸気行程と圧縮行程とで分割して前記ガソリン燃料の噴射が行われるとき、当該機関の負荷の増加率によって同機関に所定値以上のトルク変動が生じると判断されることを条件に、前記吸気行程において噴射される燃料を減量する手段を更に備えることをその要旨とする。
【００１３】
圧縮行程に燃料噴射を行って点火プラグ周りの空燃比をリッチにする場合には、同点火プラグ周りの空燃比が所望の空燃比にある間に点火制御を行うこととなり、点火時期制御に対する自由度が低減する。このため、トルク変動を抑制すべく、点火時期を遅角側へ制御することは困難なものとなる。
【００１４】
この点、上記構成によれば、吸気行程と圧縮行程とで分割して前記ガソリン燃料の噴射が行われるとき、当該機関の負荷の増加率によって同機関に所定値以上のトルク変動が生じると判断されることを条件に、吸気行程において噴射される燃料を減量することで、トルク変動を好適に抑制することができる。
【００１５】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、当該機関に生じるトルク変動をその負荷の増加率に基づいて予測するとともに、該予測されるトルク変動に応じて点火時期の遅角量を算出する点火時期遅角量算出手段と、前記吸気行程と圧縮行程とで分割して前記ガソリン燃料の噴射が行われるとき、前記点火時期遅角量算出手段によって算出される点火時期の遅角量を前記吸気行程において噴射される燃料の減量量に変換して同吸気行程での燃料噴射量を制御する手段とを更に備えることをその要旨とする。
【００１６】
上記構成では、当該機関に生じるトルク変動が予測されるとともに、そのトルク変動に応じて点火時期の遅角量が算出される。しかし、圧縮行程に燃料噴射を行って点火プラグ周りの空燃比をリッチにするときには、同点火プラグ周りの空燃比が所望の空燃比にある間に点火制御を行うこととなり、点火時期制御に対する自由度が低減する。このため、算出される遅角量にて点火時期を遅角側へ制御することは困難なものとなる。
【００１７】
この点、上記構成によれば、吸気行程と圧縮行程とで分割してガソリン燃料の噴射が行われるときに、点火時期遅角量算出手段によって算出される点火時期の遅角量を吸気行程において噴射される燃料の減量量に変換して燃料噴射量を制御することで、同トルク変動を好適に抑制する制御を行うことができる。
【００１８】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、当該機関の始動時、前記オクタン価検出手段によって前記ガソリン燃料のオクタン価が所定値以下であることが検出されるとき、前記ガソリン燃料の噴射を圧縮行程で行い、同オクタン価検出手段によって前記ガソリン燃料のオクタン価が前記所定値を上回ることが検出されるとき、前記ガソリン燃料の噴射を吸気行程で行う手段を更に備えることをその要旨とする。
【００１９】
機関始動時にあっては、気筒内における燃料の霧化が促進され難いことから、噴射される燃料が点火プラグに液状のまま多量に付着するくすぶりが生じやすい。そして、このくすぶりは、点火の不調や失火を招く一因となる。また、このくすぶりは、吸気行程よりも圧縮行程において燃料を噴射した場合に特に生じやすい。
【００２０】
一方、機関始動時の燃料噴射制御として吸気行程噴射を適用すると、用いる燃料のオクタン価が小さいほど、プレイグニッションが生じやすい。
この点、上記構成では、ガソリン燃料のオクタン価が所定値以下であることが検出されるとき、ガソリン燃料の噴射を圧縮行程で行うことで、プレイグニッションの生じやすいオクタン価の小さい燃料に対して、同プレイグニッションの発生を好適に回避することができるようになる。
【００２１】
また、プレイグニッションの生じにくいオクタン価の大きな燃料に対しては、その噴射制御を吸気行程で行うことで、くすぶりを好適に回避し始動性を向上させることができる。
【００２８】
請求項５記載の記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、当該機関に生じるノッキングを抑制すべく点火時期を遅角制御するノッキング制御手段を更に備え、前記オクタン価検出手段は、前記ノッキング制御手段による点火時期の遅角制御量に基づいて前記ガソリン燃料のオクタン価を検出するものであることをその要旨とする。
【００２９】
ノッキングの生じる圧縮比は、燃料のオクタン価によって異なる。詳しくは、ガソリン燃料のオクタン価が大きいほどノッキングの生じる圧縮比が大きくなる。このため、同一の圧縮比の下では、ノッキングが生じる点火時期は、オクタン価の小さなガソリン燃料を使用した場合の方が相対的に遅角側になる。
【００３０】
この点、上記構成によれば、ノッキング制御手段による点火時期の遅角制御量に基づいてオクタン価を簡易且つ適切に検出することができるようになる。
【００３９】
請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記内燃機関は、ハイオクガソリンを燃料として用いるに適した圧縮比が維持される機関構造を有してなることをその要旨とする。
【００４０】
上記構成によれば、レギュラガソリンを燃料として用いるに適した圧縮比が維持される機関構造を有する内燃機関と比較して、各気筒の燃焼室の最小容積に対する最大容積の比である圧縮比を大きくすることができる。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる筒内噴射式内燃機関の制御装置の一実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００４２】
図１は、本実施形態にかかる筒内噴射式内燃機関の制御装置の構成を示す図である。同図１に示されるように、この制御装置が適用される内燃機関１０は、複数の気筒＃１、＃２…を備えており、それら各気筒＃１、＃２…には、燃焼室１１を区画するピストン１２がそれぞれ設けられている。ここで、内燃機関１０は、ガソリン燃料としてハイオクガソリン（プレミアムガソリン）を使用することを想定して設計されたハイオク仕様のものとなっている。すなわち、図２に示すように、ピストン１２が上死点に位置する燃焼室１１の最小容積（図２（ａ））に対する同ピストン１２が下死点に位置する燃焼室１１の最大容積（図２（ｂ））の比である圧縮比がハイオクガソリンを燃料として用いるに適した機関構造とされている。
【００４３】
上記各気筒＃１、＃２…の各燃焼室１１内には、燃料を直接噴射する燃料噴射弁１３がそれぞれ設けられている。この燃料噴射弁１３から燃焼室１１内に噴射された燃料は、吸気通路１４から燃焼室１１に導入される吸入空気と混合され、点火プラグ１５の点火によって燃焼した後、燃焼室１１から排気通路１６に排出される。なお、吸気通路１４には、電子制御式のスロットルバルブ１７が設けられており、同スロットルバルブ１７によって吸気通路１４から燃焼室１１に供給される吸入空気量が調整される。
【００４４】
上記各燃料噴射弁１３による燃料噴射や、点火プラグ１５による点火、更にはスロットルバルブ１７の開弁量等は、内燃機関１０の各種制御を統括して実行する電子制御装置２０によって制御される。
【００４５】
この電子制御装置２０は、こうした各種制御を実行する際の演算処理を行う中央処理装置（図中、ＣＰＵ）２１や、同演算に用いるデータが記憶される揮発性メモリ２２、不揮発性メモリ２３を備えている。ここで、不揮発性メモリ２３は、イグニッションスイッチがオフとされることで、バッテリ２４から電子制御装置２０への給電が停止されても常時バッテリ２４からの給電状態が継続されるメモリである。
【００４６】
この電子制御装置２０には、機関運転状態を監視するための各種センサの検出信号が取り込まれる。これら各種センサとしては、機関回転速度を検出するための回転速度センサ３０、スロットルバルブ１７の開弁量を検出するスロットルセンサ３１、吸気通路１４内の吸気圧を検出する吸気圧センサ３３、内燃機関１０のノッキングを検出するノックセンサ３４等々がある。そして、電子制御装置２０は、これら検出信号に基づいて燃料噴射量制御や燃料噴射時期制御等、内燃機関１０にかかる各種制御を実行する。
【００４７】
また、電子制御装置２０は、機関運転状態に応じて燃料噴射弁１３の噴射時期を変更することにより、図３に示すように、内燃機関１０における燃焼形態を成層燃焼と均質燃焼との間で切り替える制御を実行する。
【００４８】
即ち、電子制御装置２０は、機関運転状態が例えば低負荷低回転域にあるときには、燃焼形態を成層燃焼に切り替えるべく、噴射時期を各気筒＃１、＃２…の圧縮行程後期に設定するとともに、空燃比が理論空燃比よりも薄くなるように噴射量を設定する。その結果、点火プラグ１５の近傍にのみ燃料濃度の濃い混合気が偏在した状態で燃焼が行われるようになる。
【００４９】
一方、電子制御装置２０は、機関運転状態が例えば高負荷高回転域にあるときには、燃焼形態を均質燃焼に切り替えるべく、噴射時期を各気筒＃１、＃２…の吸気行程前期に設定する。その結果、燃料噴射弁１３から噴射された燃料と吸入空気との混合時間が確保され、燃焼室１１の混合気は略均質な状態で燃焼されるようになる。この均質燃焼では、空燃比が理論空燃比や、同理論空燃比よりもリッチ或いはリーンになるように、噴射量が機関運転状態に応じて適宜設定される。
【００５０】
また、電子制御装置２０では、上記均質燃焼運転時において、内燃機関１０の負荷の増加時には、この負荷の増加に伴う内燃機関１０のトルク変動を低減すべく制御を行っている。この制御は、基本的には、当該機関の運転状態が負荷の増加時であるか否かを検出するとともに、その増加率に応じて点火時期の遅角量を算出し、この遅角量に基づき点火時期を遅角する制御である。以下、こうしたトルク変動を低減すべく点火時期の遅角量を算出するための詳細な処理手順について図４のフローチャートを参照して説明する。尚、このフローチャートに示される一連の処理は、上記電子制御装置２０内の中央処理装置２１にて所定の周期で繰り返し実行される。
【００５１】
この一連の処理においては、先ずステップ１００において、上記回転速度センサ３２及び吸気圧センサ３３の検出値から内燃機関１０の回転速度ＮＥと吸気圧ＰＭとを取り込む。そしてステップ１１０において回転速度ＮＥ及び吸気圧ＰＭとに基づいて吸入空気量を算出する。ここでは、例えば回転速度ＮＥ及び吸気圧ＰＭに基づき負荷率を算出すると共に、吸入空気量を「負荷率×回転速度×排気量×空気密度」として算出する。なお、ここで、負荷率とは、内燃機関１０の最大の負荷に対する現時点の負荷として定義される。
【００５２】
そして、ステップ１２０において、この図４に示す一連の処理が所定の周期毎に繰り返されるたびに上記ステップ１１０において算出される吸入空気量に基づいて、吸入空気量の変化率を算出する。この吸入空気量の変化率は、内燃機関１０の負荷の増加率を示すパラメータである。
【００５３】
更に、ステップ１３０において、算出された吸入空気量の変化率に基づき、点火時期の要求遅角量Ｄを算出する。この要求遅角量Ｄは、当該吸入空気量の変化率に基づき内燃機関１０に発生すると考えられるトルク変動の度合いに応じて、これを抑制することのできる量に設定される。なお、ここでは、内燃機関１０の搭載された車両に加速ショックが生じると想定されるトルク変動を抑制するように要求遅角量Ｄを設定する。
【００５４】
そして、ステップ１３０において、この要求遅角量Ｄが算出されると、この一連の処理を一旦終了する。そして、内燃機関１０の燃焼形態が均質燃焼であるときに、この要求遅角量Ｄに基づいて点火時期の遅角制御がなされる。
【００５５】
更に、電子制御装置２０は、上記均質燃焼を行う際に、ノッキングを抑制すべく上記点火プラグ１５の点火時期を制御するノッキングコントロール制御を行っている。
【００５６】
以下、こうした均質燃焼時のノッキングコントロール制御における点火時期の遅角量であるノッキング遅角量ＡＫＢを算出するための詳細な処理手順について図５のフローチャートを参照して説明する。尚、このフローチャートに示される一連の処理は、均質燃焼であることを条件に、上記電子制御装置２０内の中央処理装置２１にて所定の周期で繰り返し実行される。
【００５７】
このノッキングコントロール制御においては、上記ノッキング遅角量ＡＫＢを、最大遅角量ＡＫＭＸ、学習値ＡＧＫ、ノッキング制御量ＡＫＣを用いて、以下のようにして算出する。
【００５８】
ＡＫＢ＝ＡＫＭＸ＋ＡＧＫ＋ＡＫＣ
ここで、最大遅角量ＡＫＭＸは、内燃機関１０の運転状態に応じて設定される点火時期についての最大の遅角量を示す量である。この最大遅角量ＡＫＭＸは、内燃機関１０の排気ガス温度の過度の上昇によって図示しない触媒に悪影響を与えることのない最大の遅角量として、また、ノッキング制御の制御性を好適に保つことのできる最大の遅角量として定義される。また、学習値ＡＧＫは、内燃機関１０の経時変化や燃料性状の差（オクタン価の差等）を反映して、上記ノッキング遅角量ＡＫＢのベースを設定するための量である。更に、ノッキング制御量ＡＫＣは、非定常的なノッキングの発生態様に応じて、換言すれば、内燃機関１０に生じる振動の変動に応じて、これを抑制するために点火時期の遅角制御を行う際の遅角量である。図６に、これら各パラメータの関係を示す。同図６においては、内燃機関１０の図示しないピストン上死点に対して遅角側を負としている。このため、最大遅角量ＡＫＭＸは、「負」、学習値ＡＧＫは「正」、ノッキング制御量ＡＫＣは「負」の値となる。
【００５９】
この一連の処理においては、まず、ステップ２００において、上記回転速度センサ３２及び吸気圧センサ３３の検出値から取得される内燃機関１０の回転速度ＮＥと負荷Ｑとに基づいて最大遅角量ＡＫＭＸを算出する。ここで、負荷Ｑは、内燃機関１０の吸入空気量として把握される量であり、これは、先の図４のステップ１１０と同様にして算出される。また、最大遅角量ＡＫＭＸは、例えば回転速度ＮＥ及び負荷Ｑとの２次元マップから算出される。
【００６０】
次に、ステップ２０５において、内燃機関１０の現在の運転状態がノッキン制御領域にあるか否かを判断する。ここで、ノッキング制御領域は、点火時期の遅角制御によりノッキングを抑制する制御を行う内燃機関１０の運転領域のことである。そして、このノッキング制御領域は、上記回転速度ＮＥや負荷Ｑ等に基づいて設定される領域である。
【００６１】
次に、ステップ２１０において、上記ノックセンサ３４の検出値よりノッキングが生じているか否かを判断する。そして、ノッキングが生じていると判断されたときには、ステップ２１５において、ノッキング制御量ＡＫＣを所定の遅角量ａ（「ａ」は正）だけ遅角させる。
【００６２】
一方、ステップ２１０においてノッキングが生じていないと判断されると、ステップ２２０において、計時カウンタＣ１が所定時間Ｔ１を超えたか否かを判断する。ここで、計時カウンタＣ１は、上記ノッキング制御領域において、ノッキングが生じなかった時間を計時するカウンタである。また、所定時間Ｔ１は、ノッキング制御領域での点火時期が過度に遅角されている可能性の有無を検出するための時間である。そして、上記計時カウンタＣ１が所定時間Ｔ１を上回っていた場合には、点火時期が過度に遅角されている可能性があるとして、ステップ２２５において、ノッキング制御量ＡＫＣを所定量ｂ（「ｂ」は正）だけ進角させる。
【００６３】
そして、ステップ２１５又はステップ２２５の処理が終了されると、ステップ２３０において、計時カウンタＣ１を初期化する。
ステップ２３０における処理が終了されたとき、又はステップ２２０において、計時カウンタＣ１が所定時間Ｔ１以下であると判断されたときには、ステップ２３５に移行する。このステップ２３５では、内燃機関１０の運転領域（ここでは、回転速度ＮＥ及び負荷Ｑに基づいて設定）が、ノッキング抑制のための点火時期遅角制御の制御量についての学習領域にあるか否かを判断する。この学習領域は、例えば、ノッキングの発生態様が定常な内燃機関１０の運転状態、換言すれば内燃機関１０に生じる振動の変動が所定値以下となる内燃機関１０の運転状態とする。
【００６４】
そして、ステップ２３５において学習領域であると判断されると、ステップ２４０において、計時カウンタＣ２が所定時間Ｔ２を超えたか否かが判断される。ここで、計時カウンタＣ２は、上記ノッキング制御量の値に基づき学習制御対象となる学習値ＡＧＫの値を所定時間毎に評価するためのカウンタである。そして、上記所定時間Ｔ２は、同評価にかかる周期に対応している。
【００６５】
ステップ２４０において、計時カウンタＣ２が所定時間Ｔ２を上回ったと判断されると、ステップ２４５において計時カウンタＣ２が初期化される。更に、ステップ２５０において、ノッキング制御量ＡＫＣが所定値αを上回ったか否かが判断される。この所定値αは、当該ノッキングの抑制制御において、非定常的なノッキングの発生を、換言すれば内燃機関１０に生じる振動の変動を、ノッキング制御量ＡＫＣを通じて抑制する際に、同ノッキング制御量ＡＫＣの取り得る値の領域の下限（遅角側の最大値）を定める値である。そして、ステップ２５０において、ノッキング制御量ＡＫＣが所定値α以下であると判断されると、ステップ２５５において、学習値ＡＧＫが所定値ｄ（「ｄ」は正）だけ低減される。
【００６６】
一方、ステップ２５０において、ノッキング制御量ＡＫＣが所定値αを上回っていると判断されると、ステップ２６０において、ノッキング制御量ＡＫＣが所定値βを上回っているか否かを判断する。この所定値βは、当該ノッキングの抑制制御において、非定常的なノッキングの発生を、換言すれば内燃機関１０に生じる振動の変動を、ノッキング制御量ＡＫＣを通じて抑制する際に、同ノッキング制御量ＡＫＣの取り得る値の領域の上限（進角側の最大値）を定める値である。そして、ステップ２６０において、ノッキング制御量ＡＫＣが所定値βを上回っていると判断されると、ステップ２６５において、学習値ＡＧＫが所定値ｃ（「ｃ」は正）だけ増大される。
【００６７】
これらステップ２４５〜２６５の処理によって、内燃機関１０の経時変化や燃料性状の差（オクタン価の差等）を反映した学習値ＡＧＫを算出することができる。更に、同ステップ２４５〜２６５の処理によって、ノッキング制御量ＡＫＣを、内燃機関１０に生じる振動の変動（変動するノッキング）に追従してこれを逐次抑制する遅角量に設定することができる。
【００６８】
一方、上記ステップ２０５においてノッキング制御領域にないと判断されたときや、ステップ２３５において学習領域にないと判断されたとき、ステップ２４０において計時カウンタＣ２が所定値Ｔ２以下であると判断されたときには、ステップ２７０に移行する。そしてこのステップ２７０では、ノッキング制御量ＡＫＣを初期化する。
【００６９】
そして、ステップ２７０、２５５、２６５の処理を行った後、又はステップ２６０にてノッキング制御量ＡＫＣが所定値β以下であると判断されたときには、ステップ２８０において、上述したノッキング遅角量ＡＫＢを算出し、この一連の処理を一旦終了する。
【００７０】
上述したように、本実施形態においては、内燃機関１０をハイオク仕様としている。しかし、ユーザによっては、ガソリン燃料としてレギュラガソリンを用いることがある。そこで、本実施形態では、内燃機関１０に用いられるガソリン燃料がハイオクガソリンであるか、レギュラガソリンであるかを上記学習値ＡＧＫによって識別する。
【００７１】
すなわち、ガソリン燃料のオクタン価が大きいほどノッキングの生じる圧縮比が大きくなることから、同一の圧縮比の下では、ノッキングが生じる点火時期は、レギュラガソリンを使用した場合の方が相対的に遅角側になる。したがって、図５に示したようなノッキングを抑制する制御を行うと、レギュラガソリンを使用した場合には、ハイオクガソリンを使用した場合と比較してノッキング遅角量ＡＫＢは小さくなる（より遅角側の値となる）。このため、レギュラガソリンを使用した場合には、ハイオクガソリンを使用した場合と比較して学習値ＡＧＫは小さくなる。したがって、学習値ＡＧＫに基づいて、仕様されているガソリン燃料がハイオクガソリンであるか、レギュラガソリンであるかを識別することができる。
【００７２】
ここで、こうした学習値ＡＧＫを用いてガソリン燃料を識別するための詳細な処理手順について図７のフローチャートを参照して説明する。尚、このフローチャートに示される一連の処理は、上記電子制御装置２０内の中央処理装置２１にて所定の周期で繰り返し実行される。
【００７３】
この一連の処理においては、先ずステップ３００において、上記学習値ＡＧＫが所定値σよりも大きいか否かを判断する。ここで所定値σは、ハイオクガソリン及びレギュラガソリンをそれぞれ用いて先の図５に示した処理を行ったときに取得される学習値ＡＧＫに互いに差があることを考慮して設定されるものである。
【００７４】
そして、ステップ３００において、上記学習値ＡＧＫが所定値σよりも大きいと判断されると、ステップ２１０において、この判断がこの一連の処理がｎ周期繰り返される間継続されたか否かを判断する。そして、ステップ３１０においてこの判断がｎ回（この一連の処理がｎ周期繰り返される間）継続されたと判断されると、ステップ３２０においてハイオクガソリンであると判定する。
【００７５】
一方、ステップ３００において、上記学習値ＡＧＫが所定値σ以下であると判断されると、ステップ３３０において、この判断がこの一連の処理がｎ周期繰り返される間継続されたか否かを判断する。そして、ステップ３３０においてこの判断がこの一連の処理がｎ周期繰り返される間継続されたと判断されると、ステップ３４０においてレギュラガソリンであると判定する。
【００７６】
こうして、ステップ３２０においてハイオクガソリンであると判断されたとき、又はステップ３４０においてレギュラガソリンであると判断されたときには、ステップ３５０において、この判定結果を先の図１に示した不揮発性メモリ２３に格納し、この処理を一旦終了する。このように、判定結果を不揮発性メモリ２３に格納することで、イグニッションスイッチがオフとされてバッテリ２４から電子制御装置２０への通電制御が停止されたときであっても、この判定結果を維持することができる。
【００７７】
なお、ステップ３１０やステップ３３０において、ｎ回（この一連の処理がｎ周期繰り返される間）同一の判断が継続されていないを判断されると、この一連の処理を一旦終了する。すなわち、この場合、先の図４に示した一連の処理周期によって更新され得る学習値ＡＧＫによっては、仕様されているガソリン燃料がハイオクガソリンであるかレギュラガソリンであるかを判断することができないとして、この処理を一旦終了する。ちなみに、この所定数「ｎ」は、ノッキングの突発的な増大等を考慮し、仕様されているガソリン燃料がハイオクガソリンであるかレギュラガソリンであるかを十分正確に判断することのできる数に設定しておく。
【００７８】
次に、こうしたガソリン燃料の識別に基づく、本実施形態の内燃機関１０の均質燃焼時の制御にかかる詳細な処理手順について図８のフローチャートを参照して説明する。尚、このフローチャートに示される一連の処理は、上記電子制御装置２０内の中央処理装置２１にて所定の周期で繰り返し実行される。
【００７９】
この一連の処理においては、先ずステップ４００において、均質燃焼運転時であるか否かを判断し、均質燃焼運転時であると判断されるとステップ４１０に移行する。そして、このステップ４１０では、先の図７に示した処理に基づき上記不揮発性メモリ２３に格納された燃料性状についての判定値から、現在使用されているガソリン燃料がレギュラガソリンであるか否かを判断する。そして、レギュラガソリンであると判断されると、ステップ４２０に移行する。
【００８０】
このステップ４２０では、先の図１に示したスロットルセンサ３１の検出値に基づき内燃機関１０の負荷の増加時であるか否かを判断する。ここでは、例えばスロットルセンサ３１によって検出されるスロットルバルブ１７の開度の増加量が所定値以上となることを判断するようにすればよい。
【００８１】
そして、ステップ４３０において、増加率が所定値以上であると判断されると、ステップ４４０に移行する。このステップ４４０では、内燃機関１０の運転状態から要求される各燃焼行程における燃料噴射量の燃料を吸気行程に１回、圧縮行程に１回の合計２回に分割して噴射するモードへの切り替えを行う。すなわち、これ以前には均質燃焼運転に対応して吸気行程噴射のモードとなっていたところを、上記モードに切り替える制御を行う。これは、レギュラガソリンを用いた場合に、当該機関の負荷の増加時に生じやすくなるプレイグニッションを回避するためである。
【００８２】
すなわち、当該機関の負荷の増加時には、気筒＃１，＃２，…に吸入される空気量が増大するために、実圧縮比が増大する。そして、上述したように、内燃機関１０がハイオク仕様であるために、特に負荷の増加時にはレギュラガソリンにとって過剰な圧縮比へと急激に変化することとなる。そして、このようにレギュラガソリンにとって過剰な圧縮比にて内燃機関１０が運転されると、プレイグニッションが生じやすくなる。
【００８３】
この点、吸気行程と圧縮行程とで分割して噴射を行うことで、点火プラグ１５周りの空燃比を部分的にリッチにすることができる。そしてこれにより、同点火プラグ１５周りの燃料の気化潜熱が大きくなるために、点火プラグ１５周りの温度上昇を抑制することができ、レギュラガソリンにおいてもプレイグニッションの発生を好適に抑制することができるようになる。
【００８４】
なお、上記２回に分割して噴射するモードへの変更を決定する負荷の増加率は、先の図５に示したノッキング抑制のための点火時期の遅角制御等では、プレイグニッションの回避を行うに十分でないほど大きな増加率に設定することが望ましい。
【００８５】
更に、ステップ４５０において、先の図４に示した処理に基づき、加速ショックを抑制するための点火時期の遅角要求があるか否かを判断する。そして、遅角要求があると判断されると、ステップ４６０に移行する。このステップ４６０では、先の図４のステップ１３０において求めた要求遅角量Ｄを吸気行程における燃料噴射量の減量量に変換する。これは、図９に示す要求遅角量Ｄと燃料噴射量の減量量との関係を示すマップを用いて行う。同図９に示すように、要求遅角量Ｄが大きいほど燃料減量量も大きく設定されている。これは、点火時期を遅角させることによる内燃機関１０の出力トルクの減少は、燃料噴射量の減量による出力トルクの減少に対応させることができることに基づいている。
【００８６】
このように、要求遅角量Ｄを吸気行程において噴射される燃料の減量量に変換することで、点火時期については、圧縮行程に燃料噴射を行って点火プラグ１５周りの空燃比をリッチとすることのできる時期に設定することができる。
【００８７】
一方、ステップ４１０においてハイオクガソリンであると判断されたときや、ステップ４３０において負荷の増加時でないと判断されたときには、ステップ４７０において吸気行程噴射を行う。そして、この吸気行程噴射制御時において、先の図４に示す処理によってトルク変動を抑制するための点火時期の遅角要求があると判断されたときには、同図４のステップ１３０において求めた要求遅角量Ｄに基づき点火時期を遅角させる。
【００８８】
なお、上記ステップ４５０において遅角要求がないと判断されたときや、ステップ４６０の処理が終了されたとき、更にはステップ４７０の処理が終了されたときには、この図８に示す一連の処理を一旦終了する。
【００８９】
次に、上記ガソリン燃料の識別に基づく、本実施形態の内燃機関１０の始動時の制御にかかる詳細な処理手順について図１０のフローチャートを参照して説明する。尚、このフローチャートに示される一連の処理は、上記電子制御装置２０内の中央処理装置２１にて所定の周期で繰り返し実行される。
【００９０】
この一連の処理においては、ステップ５００において、内燃機関１０の始動時であるか否かが判断される。ここで始動時とは、例えば図示しないスタータによって内燃機関１０のクランキングが開始されてから、同内燃機関１０の自立運転が可能となるまでの期間とする。なお、同内燃機関１０の自立運転が可能となる時期とは、例えば上記回転速度センサ３２によって検出される内燃機関１０の出力軸の回転速度が所定の回転速度に達する時期とする。
【００９１】
そして、ステップ５００において内燃機関１０の始動時であると判断されると、ステップ５１０において、先の図７に示した処理に基づき上記不揮発性メモリ２３に格納された燃料性状についての判定値から、現在使用されているガソリン燃料がレギュラガソリンであるか否かを判断する。そして、レギュラガソリンであると判断されると、ステップ５２０に移行する。
【００９２】
このステップ５２０では、先の図１に示した燃料噴射弁１３を通じて圧縮行程噴射を行う。これに対し、ステップ５１０においてハイオクガソリンであると判断されたときには、上記燃料噴射弁１３を通じて吸気行程噴射を行う。このように、ガソリン燃料がレギュラガソリンであるかハイオクガソリンであるかに応じて始動時の燃料噴射の制御態様を変更するのは、以下の理由による。
【００９３】
機関始動時にあっては、気筒内における燃料の霧化が促進され難いことから、噴射される燃料が上記点火プラグ１５に液状のまま多量に付着するくすぶりが生じやすい。そしてこのくすぶりは、点火の不調や失火を招く一因となる。また、このくすぶりは、吸気行程よりも圧縮行程において燃料を噴射した場合に特に生じやすい。
【００９４】
一方、上述したように内燃機関１０がハイオク仕様であることから、レギュラガソリンを用いて始動時の燃料噴射制御として吸気行程噴射を適用すると、圧縮比が過剰となり、プレイグニッションが生じやすいものとなる。
【００９５】
この点、レギュラガソリンが使用されているときには、ステップ５２０に示すように、噴射制御を圧縮行程で行うことで、同プレイグニッションの回避を図る。また、プレイグニッションの生じにくいハイオクガソリンが使用されているときには、その噴射制御を吸気行程で行うことで、くすぶりを回避し始動性の向上を図る。
【００９６】
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）内燃機関１０の負荷の増加時に、吸気行程と圧縮行程とで分割して噴射を行うことで、点火プラグ１５周りの空燃比を部分的にリッチにすることができる。そしてこれにより、点火プラグ１５周りの燃料の気化潜熱が大きくなるために、点火プラグ１５周りの温度上昇を抑制することができ、レギュラガソリンにおいてもプレイグニッションの発生を好適に抑制することができるようになる。
【００９７】
（２）トルク変動の度合いに応じて算出される要求遅角量Ｄに応じて、燃料を減量制御することで、トルク変動を好適に抑制することができる。しかも、要求遅角量Ｄを吸気行程において噴射される燃料の減量量に変換することで、点火時期については、圧縮行程に燃料噴射を行って点火プラグ周りの空燃比をリッチとすることのできる時期に設定することができる。
【００９８】
（３）レギュラガソリンが使用されているときには、始動時の噴射制御を圧縮行程で行うことで、同プレイグニッションを回避することができるようになる。
（４）プレイグニッションの生じにくいハイオクガソリンが使用されているときには、始動時の噴射制御を吸気行程で行うことで、くすぶりを回避し始動性を向上させることができる。
【００９９】
（５）ノッキングを抑制する制御にかかる学習値ＡＧＫを用いることで、ガソリン燃料がハイオクガソリンであるかレギュラガソリンであるかを簡易に識別することができる。
【０１００】
（６）内燃機関１０をハイオク仕様とすることで、レギュラガソリンに適した機関構造とされた場合と比較して、各気筒＃１、＃２、…の燃焼室１１の最小容積に対する最大容積の比である圧縮比を大きくすることができる。
【０１０１】
なお、本実施形態は以下のように変更して実施してもよい。
・吸入空気量の算出は、回転速度ＮＥと吸気圧ＰＭとに基づくものに限らず、例えばエアフローメータを用いて直接吸入空気量を検出するようにしてもよい。
【０１０２】
・トルク変動を抑制するために点火時期の遅角量を算出する点火時期遅角量算出手段については、図４に例示したように吸入空気量の変化率に基づいてトルク変動を予測検出するものに限らない。例えばスロットルバルブ１７の開弁量の変化率等、適宜のパラメータから把握される負荷の増加率に基づいてトルク変動を予測検出するものであってもよい。
【０１０３】
・ノッキングを抑制すべく点火時期を遅角制御するノッキング制御手段としては、先の図５に例示した処理を行うものに限らない。例えばステップ２１５において、ノッキング制御量ＡＫＣを所定値だけ低減（遅角側に増大）させる代わりに、ノックセンサ３４によって検出されるノッキング強度に応じて低減量を可変設定してもよい。
【０１０４】
・ノッキング制御手段による点火時期の遅角制御量に基づいてハイオクガソリンであるかレギュラガソリンであるかを識別する手段としては、図７に例示したように学習値ＡＧＫに基づいてこの識別を行うものに限らない。例えば、ノッキング遅角量ＡＫＢの時間平均に基づいて識別するものであってもよい。
【０１０５】
・更に、レギュラガソリンであるかハイオクガソリンであるかを識別する手段に限らず、ノッキング制御手段による点火時期の遅角制御量に基づいてオクタン価を検出するオクタン価検出手段であればよい。この場合、ガソリン燃料のオクタン価が小さいほどプレイグニッションが生じやすいという性質に基づいて負荷の増加時や始動時の燃料噴射制御を行うことができる。
【０１０６】
・吸気行程及び圧縮行程に分割して燃料を噴射する負荷の増加時に所定値以上のトルク変動が生じると判断されたときに、吸気行程において噴射される燃料を減量する手段としては、先の図８に例示したものに限らない。
【０１０７】
・吸気行程と圧縮行程とで分割して燃料を噴射する負荷の増加時に所定値以上のトルク変動が生じると判断されたときに、吸気行程において噴射される燃料を減量する手段を備えなくても、吸気行程と圧縮行程とで分割して燃料を噴射することでプレイグニッションを抑制することはできる。
【０１０８】
・ガソリン燃料のオクタン価が所定値以下であって、且つ当該機関の負荷の増加時に一回の燃焼行程において要求される燃料量のガソリン燃料を吸気行程と圧縮行程とで分割して噴射する手段は、先の図８に例示した処理を行うものに限らない。
【０１０９】
・ハイオク仕様の内燃機関１０でなくても、ガソリン燃料のオクタン価が所定値以下であって、且つ当該機関の負荷の増加時に一回の燃焼行程において要求される燃料量を吸気行程と圧縮行程とで分割して噴射する手段を用いることで、プレイグニッションを好適に抑制することができる。
【０１１０】
・ガソリン燃料のオクタン価に基づいてガソリン燃料の噴射制御態様を切り替える切替手段としては、先の図１０に示した制御を行う手段に限らない。
・先の図２に示したように成層燃焼を行わなくても、換言すれば、燃焼形態として均質燃焼のみを有する内燃機関に本発明の制御装置を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる筒内噴射式内燃機関の制御装置の一実施形態の構成を示す図。
【図２】燃焼室の最小容積に対する最大容積の比として定義される圧縮比を模式的に示す断面図。
【図３】本実施形態において、回転速度及び機関負荷と燃焼形態との関係を示す図。
【図４】同実施形態におけるトルク変動を抑制する処理の手順を示すフローチャート。
【図５】同実施形態におけるノッキングを抑制する処理の手順を示すフローチャート。
【図６】上記ノッキングを抑制する処理における各パラメータの関係を示す図。
【図７】同実施形態におけるガソリン燃料性状の識別をする処理の手順を示すフローチャート。
【図８】同実施形態における負荷の増加時のプレイグニッションを抑制するための処理の手順を示すフローチャート。
【図９】同実施形態におけるトルク変動を抑制するための処理において、要求遅角量を燃料噴射量の減量量に変換するためのマップを示す図。
【図１０】同実施形態における始動時のプレイグニッションを抑制するための処理の手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
１０…内燃機関、１１…燃焼室、１２…ピストン、１３…燃料噴射弁、１４…吸気通路、１５…点火プラグ、１６…排気通路、１７…スロットルバルブ、２０…電子制御装置、２１…中央処理装置、２２…揮発性メモリ、２３…不揮発性メモリ、２４…バッテリ。

Claims (6)

1. 燃料噴射弁から燃焼室内にガソリン燃料を直接噴射供給する筒内噴射式内燃機関にあってその運転状態を制御する筒内噴射式内燃機関の制御装置において、
   前記ガソリン燃料のオクタン価を検出するオクタン価検出手段と、
   該オクタン価検出手段によって前記ガソリン燃料のオクタン価が所定値以下であることが検出されて、且つ、当該機関の負荷の増加率が所定値以上であると判断されるとき、前記ガソリン燃料の一回の燃焼行程において要求される燃料量を吸気行程と圧縮行程とで分割して噴射し、同オクタン価検出手段によって前記ガソリン燃料のオクタン価が前記所定値を上回ることが検出されるとき、又は、当該機関の負荷の増加率が前記所定値を下回ると判断されるとき、前記ガソリン燃料の噴射を吸気行程で行う手段とを備える
   ことを特徴とする筒内噴射式内燃機関の制御装置。
2. 請求項１記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置において、
   前記吸気行程と圧縮行程とで分割して前記ガソリン燃料の噴射が行われるとき、当該機関の負荷の増加率によって同機関に所定値以上のトルク変動が生じると判断されることを条件に、前記吸気行程において噴射される燃料を減量する手段を更に備える
   ことを特徴とする筒内噴射式内燃機関の制御装置。
3. 請求項１記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置において、
   当該機関に生じるトルク変動をその負荷の増加率に基づいて予測するとともに、該予測されるトルク変動に応じて点火時期の遅角量を算出する点火時期遅角量算出手段と、
   前記吸気行程と圧縮行程とで分割して前記ガソリン燃料の噴射が行われるとき、前記点火時期遅角量算出手段によって算出される点火時期の遅角量を前記吸気行程において噴射される燃料の減量量に変換して同吸気行程での燃料噴射量を制御する手段とを更に備える
   ことを特徴とする筒内噴射式内燃機関の制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置において、
   当該機関の始動時、前記オクタン価検出手段によって前記ガソリン燃料のオクタン価が所定値以下であることが検出されるとき、前記ガソリン燃料の噴射を圧縮行程で行い、同オクタン価検出手段によって前記ガソリン燃料のオクタン価が前記所定値を上回ることが検出されるとき、前記ガソリン燃料の噴射を吸気行程で行う手段を更に備える
   ことを特徴とする筒内噴射式内燃機関の制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置において、
   当該機関に生じるノッキングを抑制すべく点火時期を遅角制御するノッキング制御手段を更に備え、
   前記オクタン価検出手段は、前記ノッキング制御手段による点火時期の遅角制御量に基づいて前記ガソリン燃料のオクタン価を検出するものである
   ことを特徴とする筒内噴射式内燃機関の制御装置。
6. 前記内燃機関は、ハイオクガソリンを燃料として用いるに適した圧縮比が維持される機関構造を有してなる
   請求項１〜５のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。

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