JP6777113B2 - エンジンの低温酸化反応検出方法及び制御方法、並びに、エンジンの低温酸化反応検出装置及び制御装置 - Google Patents

Description

ここに開示された技術は、エンジンの低温酸化反応検出方法及び制御方法、並びに、エンジンの低温酸化反応検出装置及び制御装置に関する技術分野に属する。

従来より、エンジンにおいてはノッキングと呼ばれる異常燃焼が発生することが知られている。ノッキングが発生すると、騒音の増大やピストン等の損傷を生じるおそれがある。このため、エンジンの分野では、ノッキングを抑制するための対策が行われている。

例えば、引用文献１には、ノッキングが検出されたときに、エンジンの負荷に基づいて、点火時期を遅角させるとともに、空燃比をリーン側に変化させることで、ノッキングの発生を抑制することが開示されている。

また、引用文献２には、圧縮上死点前において、空燃比がリーンになるように燃料の噴射量を調整することで、ノッキングの発生を抑制することが開示されている。

特開２００８−２９１７５８号公報 特開２０１２−０４１２４６号公報

ところで、エンジンにおいては、燃焼室で混合気が着火燃焼する高温酸化反応が発生するよりも前に、圧縮行程中に発熱を伴う低温酸化反応が発生することが知られている。本願発明者らが、鋭意研究したところ、ノッキングの大きさと低温酸化反応の反応量との間に関連があることが分かった。具体的には、低温酸化反応が生じやすく、その反応量が大きいほどノッキングが大きくなることが分かった。このため、低温酸化反応の反応量を適切に検出又は推定して、ノッキングの大きさを推定することができれば、該ノッキングの大きさに応じた適切な対策をとることが可能となる。

低温酸化反応の反応量は、例えば、筒内圧力の変化を検出することによって推定することが可能である。しかしながら、筒内圧力の変化が小さい場合には、低温酸化反応の反応量を精度良く推定することが困難となる。また、筒内の酸素濃度が低くなるようなときにも、低温酸化反応による筒内圧力の変化が小さく、低温酸化反応の反応量を精度良く推定することが困難となる。

ここに開示された技術は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エンジンの燃焼室内で発生する低温酸化反応の反応量を精度良く推定することにある。

上記課題を解決するために、ここに開示された技術では、燃焼室が形成された気筒と、該気筒に嵌挿されたピストンの往復動により回転駆動されるクランクシャフトとを有し、ガソリンを含有する燃料と空気との混合気を上記燃焼室内で燃焼させるエンジンにおいて、上記燃焼室内での混合気の低温酸化反応を検出する、エンジンの低温酸化反応検出方法を対象として、上記気筒内の圧力を検出する筒内圧検出工程と、クランク角度を検出するクランク角検出工程と、上記筒内圧検出工程で検出された筒内圧力に基づいて、上記燃焼室内での熱発生率を推定する熱発生率推定工程と、上記熱発生率推定工程で推定された、圧縮行程後期でかつ着火前の期間内における推定熱発生率に基づいて、低温酸化反応の反応量を推定する低温酸化反応量推定工程とを含み、上記低温酸化反応量推定工程は、圧縮行程後期でかつ着火前の期間内における、上記推定熱発生率の最大値と最小値との差を第１推定反応量として算出する第１反応量推定工程と、エンジン回転数に応じて、圧縮行程後期でかつ着火前の期間内におけるクランク角度である、第１クランク角度と、該第１クランク角度よりも遅角側の第２クランク角度とを設定する工程と、クランク角度が第１クランク角度である時の上記推定熱発生率とクランク角度が上記第２クランク角度である時の上記推定熱発生率との差を第２推定反応量として算出する第２反応量推定工程とを含み、上記第１推定反応量が所定反応量以上であるときには、該第１推定反応量に基づいて低温酸化反応の反応量を推定する一方、上記第１推定反応量が上記所定反応量未満であるときには、上記第２推定反応量に基づいて低温酸化反応の反応量を推定する工程である、という構成とした。

この構成によると、低温酸化反応の反応量は、筒内圧力に基づいて推定された推定熱発生率により推定される。このため、筒内圧力の変化が小さい場合には、推定熱発生率の最大値と最小値とが推定しにくく、第１推定反応量を精度良く算出できないおそれがある。

これに対して、本願発明者らが検討したところ、圧縮行程後期でかつ着火前の期間内において、熱発生率が最大となる時期と最小となる時期とは、エンジンの回転数に応じて略一定であることが分かった。そこで、本発明では、第１推定反応量が所定反応量未満であるときには、クランク角度が第１クランク角度である時の推定熱発生率とクランク角度が第２クランク角度である時の推定熱発生率との差から算出される第２推定反応量に基づいて、低温酸化反応の反応量を推定する。これにより、低温酸化反応の反応量を精度良く推定することができる。

上記エンジンの低温酸化反応推定方法において、上記第１クランク角度は、圧縮行程後期でかつ着火前の期間内において、熱発生率が最小になると推定されるクランク角度であり、上記第２クランク角度は、圧縮行程後期でかつ着火前の期間内において、熱発生率が最大になると推定されるクランク角度である、ことが好ましい。

この構成によると、筒内圧力の変化が小さく、推定熱発生率の最大値と最小値とが推定しにくい場合であっても、低温酸化反応の反応量をより精度良く推定することができる。

本願発明者らが、さらに検討したところ、エンジンの回転数が大きいほど、圧縮行程後期でかつ着火前の期間内において、熱発生率が最大となる時期及び最小となる時期が進角側に移行することが分かった。

そこで、上記エンジンの低温酸化反応検出方法において、上記第２反応量推定工程では、上記エンジン回転数が高いほど、上記第１クランク角度及び上記第２クランク角度が進角側に設定されるようにしてもよい。

これにより、低温酸化反応の特性が低温酸化反応の反応量の推定により適切に反映されるため、低温酸化反応の反応量を一層精度良く推定することができる。

本開示に係る技術は、上記エンジンの低温酸化反応検出方法を用いた、エンジンの制御方法も対象とする。具体的には、上記エンジンの低温酸化反応検出方法を用いた、エンジンの制御方法を対象として、上記低温酸化反応量推定工程で推定された低温酸化反応の反応量が、予め設定されかつ上記所定反応量よりも小さい特定反応量以上であるときに、上記燃焼室内でのノッキングを抑制するノッキング抑制制御を実行するノッキング抑制工程を含む、構成とした。

すなわち、低温酸化反応の反応量が小さい場合には、ノッキングが発生しないか又はノッキングが発生したとしても、エンジンの作動にほとんど影響を与えない。このため、低温酸化反応の反応量が特定反応量以上であるときに、ノッキング抑制制御を実行するようにすることで、適切にノッキングを抑制することができる。

上記エンジンの制御方法の一実施形態では、上記ノッキング抑制制御は、上記燃焼室内で混合気の高温酸化反応が生じる期間の前半に、上記燃焼室内に冷却媒体を供給する制御である。

すなわち、ノッキングは、燃焼室の外周部等に存在する混合気が局所的に高温となって自着火することによって発生する。そこで、燃焼室内で混合気の高温酸化反応が生じる期間の前半に、燃焼室内に冷却媒体を供給して、燃焼室内に局所的な高温領域が発生するのを抑制する。これにより、ノッキングを適切に抑制することができる。

上記エンジンの制御方法の他の実施形態では、上記エンジンは、上記燃焼室内で混合気を圧縮するとともに、点火プラグによる点火によって、上記燃焼室内で混合気を燃焼させるエンジンであり、上記ノッキング抑制制御は、上記点火プラグによる点火開始時期を、上記低温酸化反応の反応量が上記特定反応量未満のときの点火開始時期よりも遅角させる制御である。

この構成によると、点火プラグによる点火開始時期が遅角されることにより、混合気の着火時期が遅角される。これにより、高温酸化反応時における筒内圧力を低下させることができる。この結果、ノッキングを適切に抑制することができる。

本開示に係る技術の別の態様は、上記エンジンの低温酸化反応検出装置に係る技術である。具体的には、燃焼室が形成された気筒と、該気筒に嵌挿されたピストンの往復動により回転駆動されるクランクシャフトとを有し、ガソリンを含有する燃料と空気との混合気を上記燃焼室内で燃焼させるエンジンの低温酸化反応検出装置を対象として、上記気筒内の圧力を検出する筒内圧検出手段と、クランク角度を検出するクランク角検出手段と、上記筒内圧検出手段で検出された筒内圧力に基づいて、上記燃焼室内での熱発生率を推定する熱発生率推定手段と、上記熱発生率推定手段で推定された、圧縮行程後期でかつ着火前の期間内における推定熱発生率に基づいて、上記燃焼室内での混合気の低温酸化反応の反応量を推定する低温酸化反応量推定手段とを備え、上記低温酸化反応量推定手段は、圧縮行程後期でかつ着火前の期間内における、上記推定熱発生率の最大値と最小値との差を第１推定反応量として算出する第１反応量推定部と、クランク角度が第１クランク角度である時の上記推定熱発生率とクランク角度が上記第１クランク角度よりも遅角側の第２クランク角度である時の上記推定熱発生率との差を第２推定反応量として算出する第２反応量推定部とを有し、上記第１推定反応量が所定反応量以上であるときには、該第１推定反応量を低温酸化反応の反応量として推定する一方、上記第１推定反応量が上記所定反応量未満であるときには、上記第２推定反応量を低温酸化反応の反応量として推定するように構成されており、上記第１クランク角度及び上記第２クランク角度は、それぞれ、エンジン回転数に応じて予め設定されかつ圧縮行程後期でかつ着火前の期間内におけるクランク角度である、というものとした。

この構成でも、筒内圧力の変化が小さく、第１推定反応量を精度良く算出しにくいときには、クランク角度が第１クランク角度である時の推定熱発生率とクランク角度が第２クランク角度である時の推定熱発生率との差から算出される第２推定反応量に基づいて、低温酸化反応の反応量を推定する。これにより、低温酸化反応の反応量を精度良く推定することができる。

上記エンジンの低温酸化反応検出装置において、上記第１クランク角度は、圧縮行程後期でかつ着火前の期間内において、熱発生率が最小になると推定されるクランク角度であり、上記第２クランク角度は、圧縮行程後期でかつ着火前の期間内において、熱発生率が最大になると推定されるクランク角度である、ことが好ましい。

この構成によると、筒内圧力の変化が小さく、推定熱発生率の最大値と最小値とが推定しにくい場合であっても、低温酸化反応の反応量をより精度良く推定することができる。

上記エンジンの低温酸化反応検出装置において、上記第２反応量推定部における上記第１クランク角度及び上記第２クランク角度は、上記エンジンの回転数が高いほど、進角側に設定されるように構成してもよい。

この構成によると、低温酸化反応の特性が低温酸化反応の反応量の推定により適切に反映されるため、低温酸化反応の反応量を一層精度良く推定することができる。

本開示に係る技術は、上記エンジンの低温酸化反応検出装置を用いた、エンジンの制御装置も対象とする。具体的には、上記エンジンの低温酸化反応検出装置を用いた、エンジンの制御装置を対象として、上記低温酸化反応量推定手段で推定された低温酸化反応の反応量が、予め設定されかつ上記所定反応量よりも小さい特定反応量以上であるときに、上記燃焼室内でのノッキングを抑制するためのノッキング抑制制御を実行するノッキング抑制手段を備える、という構成とした。

この構成によると、低温酸化反応の反応量が特定反応量以上であるときに、ノッキング抑制工程を実行するようにすることで、適切にノッキングを抑制することができる。

上記エンジンの制御装置の一実施形態では、上記ノッキング抑制制御は、上記燃焼室内で混合気の高温酸化反応が生じる期間の前半に、上記燃焼室内に冷却媒体を供給する制御である。

この構成によると、燃焼室内で混合気の高温酸化反応が生じる期間の前半に、燃焼室内に冷却媒体を供給することで、燃焼室内に局所的な高温領域が発生することが抑制される。これにより、ノッキングを適切に抑制することができる。

上記エンジンの制御装置の他の実施形態では、上記エンジンは、上記燃焼室内の混合気に点火するように構成された点火プラグを更に有し、上記燃焼室内で混合気を圧縮するとともに、点火プラグによる点火によって、上記燃焼室内で混合気を燃焼させるように構成されており、上記ノッキング抑制制御は、上記点火プラグによる点火開始時期を、上記低温酸化反応の反応量が上記特定反応量未満のときの点火開始時期よりも遅角させる制御である。

この構成によると、点火プラグによる点火開始時期が遅角されることにより、混合気の着火時期が遅角される。これにより、高温酸化反応時における筒内圧力を低下させることができる。この結果、ノッキングを適切に抑制することができる。

以上説明したように、ここに開示された技術によると、筒内圧力の変化が小さく、推定熱発生率の最大値と最小値とから低温酸化反応の反応量を推定しにくいようなときには、クランク角度が第１クランク角度である時の推定熱発生率とクランク角度が第１クランク角度よりも遅角側の第２クランク角度である時の推定熱発生率との差に基づいて低温酸化反応の反応量を推定するため、低温酸化反応の反応量を精度良く推定することができる。

また、低温酸化反応の反応量に基づいて、ノッキングを抑制するための制御を実行するため、ノッキングを適切に抑制することができる。

実施形態１に係る制御装置が適用されたエンジンシステムの概略構成図である。 エンジンの制御系統を示すブロック図である。 燃焼制御の制御マップを示す図である。 高負荷低回転領域においてノッキング抑制制御を実行しなかったときの噴射タイミングと点火タイミングと熱発生率の一例を示す図である。 高負荷高回転領域においてノッキング抑制制御を実行しなかったときの噴射タイミングと点火タイミングと熱発生率の一例を示す図である。 低温酸化反応による熱発生率の変化を示す図である。 高負荷高回転域において、低温酸化反応による熱発生率の変化をシミュレーションにより算出した図である。 低温酸化反応の反応量に基づいてノッキング抑制制御を実行する際の制御装置の処理動作を示すフローチャートである。 低温酸化反応の反応量を推定するサブルーチンを示すフローチャートである。 第２推定反応量から推定される低温酸化反応の反応量に基づいて、ノッキング抑制制御を実行する際のタイムチャートである。 実施形態２に係る制御装置が適用されたエンジンの高負荷高回転領域において、ノッキング抑制制御を実行したときの噴射タイミングと点火タイミングと熱発生率の一例を示す図である。

以下、例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

（実施形態１）
図１には、本実施形態１に係る制御装置が適用されたエンジン１の構成を示す。本実施形態１のエンジン１は車両の搭載されるエンジンである。このエンジン１は、エンジン本体１ａと、エンジン本体１ａに燃焼用の空気を導入するための吸気通路２０と、エンジン本体１ａで生成された排気を排出するための排気通路３０とを備える。

エンジン本体１ａは、直列４気筒式であって、４つの気筒２が図１の紙面と直交する方向に直列に配置されている。エンジン本体１ａは上記車両の駆動源として利用される。本実施形態１では、エンジン本体１ａは、ガソリンを含む燃料が供給されて駆動される。

エンジン本体１ａは、気筒２が内部に形成されたシリンダブロック３と、シリンダブロック３の上面に設けられたシリンダヘッド４と、気筒２に往復動（ここでは上下動）可能に嵌装されたピストン５とを有する。

気筒２は燃焼室６が形成された気筒である。詳しくは、気筒２内におけるピストン５の上方に燃焼室６が形成されている。燃焼室６はいわゆるペントルーフ型であり、シリンダヘッド４の下面で構成される燃焼室６の天井面は吸気側および排気側の２つの傾斜面からなる三角屋根状をなしている。ピストン５の上面には、その中心部を含む領域をシリンダヘッド４とは反対側（下方）に凹ませたキャビティが形成されている。以下の説明では、ピストン５の位置や混合気の燃焼状態によらず気筒２の内側空間のうちピストン５の上面と燃焼室６の天井面との間に形成される空間を燃焼室６という。

ピストン５は、シリンダブロック３内においてコンロッド８を介してクランクシャフト７と連結されている。クランクシャフト７はピストン５の往復動により回転駆動される。

エンジン本体１ａの幾何学的圧縮比、つまり、ピストン５が下死点にあるときの燃焼室６の容積とピストン５が上死点にあるときの燃焼室６の容積との比は、本実施形態１では、１５〜２５（例えば１７程度）に設定されている。

シリンダヘッド４には、吸気通路２０から供給される空気を気筒２（燃焼室６）内に導入するための吸気ポート９と、燃焼室６内で、燃料と空気との混合気が燃焼することにより生成された排気を排気通路３０に導出するための排気ポート１０とが形成されている。これら吸気ポート９と排気ポート１０とは、気筒２毎にそれぞれ２つずつ形成されている。

シリンダヘッド４には、各吸気ポート９の燃焼室６側の開口をそれぞれ開閉する吸気弁１１と、各排気ポート１０の燃焼室６側の開口をそれぞれ開閉する排気弁１２とが設けられている。

シリンダヘッド４には、燃料を噴射するインジェクタ１４が設けられている。インジェクタ１４は、噴射口が形成された先端部が燃焼室６の天井面の中央付近に位置して燃焼室６の中央を臨むように取り付けられている。インジェクタ１４は、その先端に複数の噴口を有し、燃焼室の天井面の中央付近からピストン５の冠面に向かって、気筒２の中心軸を中心としたコーン状（詳しくはホローコーン状）に燃料を噴射するように構成されている。コーンのテーパ角（噴霧角）は、例えば９０°〜１００°である。なお、インジェクタ１４の具体的な構成はこれに限らず、単噴口のものであってもよい。

インジェクタ１４は、不図示の高圧ポンプから圧送された燃料を燃焼室６内に噴射する。インジェクタ１４の噴射圧は、ノッキングが発生しやすいエンジン高負荷域では、３０ＭＰａ以上に高められ、インジェクタ１４から高圧で燃料が噴射される。なお、この噴射圧は、最大で７０ＭＰａ程度まで高められるのが好ましい。この場合は、エンジン高負荷域において３０ＭＰａ〜７０ＭＰａの範囲の噴射圧で燃料が噴射される。

シリンダヘッド４には、燃焼室６内の混合気に点火するように構成された点火プラグ１３が設けられている。点火プラグ１３の先端には、火花を放電して混合気を点火し混合気に点火エネルギーを付与する電極が形成されている。点火プラグ１３は、その先端が燃焼室６の天井面の中央付近に位置して燃焼室６の中央を臨むように配置されている。エンジン本体１ａは、燃焼室６内で混合気を圧縮するとともに、点火プラグ１３による点火によって、燃焼室６内で混合気を圧縮着火させるように構成されている。尚、本明細書において、「点火」とは、点火プラグ１３による火花放電を意味し、「着火」とは、気筒２内の混合気に火炎が発生した状態を意味する。

上記吸気通路２０には、上流側から順に、エアクリーナ２１と、吸気通路２０を開閉するためのスロットルバルブ２２とが設けられている。本実施形態では、エンジン１の運転中、スロットルバルブ２２は基本的に全開もしくはこれに近い開度に維持されており、エンジン１の停止時等の限られた運転条件のときにのみ閉弁されて吸気通路２０を遮断する。

上記排気通路３０には、排気を浄化するための浄化装置３１が設けられている。浄化装置３１は、例えば、三元触媒を内蔵している。

排気通路３０には、排気通路３０を通過する排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路２０に還流するためのＥＧＲ装置４０が設けられている。ＥＧＲ装置４０は、吸気通路２０のうちスロットルバルブ２２よりも下流側の部分と排気通路３０のうち浄化装置３１よりも上流側の部分とを連通するＥＧＲ通路４１、および、ＥＧＲ通路４１を開閉するＥＧＲバルブ４２を有する。また、本実施形態１では、ＥＧＲ通路４１に、これを通過するＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ４３が設けられており、ＥＧＲガスはＥＧＲクーラ４３にて冷却された後、吸気通路２０に還流される。

図２は、エンジン１の制御系統を示すブロック図である。本実施形態１のエンジン１は、制御装置としてのパワートレイン・コントロール・モジュール１００（以下、ＰＣＭ１００という）によって統括的に制御される。ＰＣＭ１００は、周知のように、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されるマイクロプロセッサである。

車両には各種センサが設けられている。ＰＣＭ１００はこれらセンサと電気的に接続されており、ＰＣＭ１００には、各センサからの検出信号が入力される。例えば、シリンダブロック３には、クランクシャフト７の回転角度であるクランク角度を検出するクランク角センサ（クランク角検出手段）ＳＮ１が設けられている。また、吸気通路２０を通って各気筒２に吸入される空気量を検出するエアフローセンサＳＮ２が設けられている。また、シリンダヘッド４には、燃焼室６内の圧力を検出する筒内圧センサ（筒内圧検出手段）ＳＮ３が設けられている。筒内圧センサＳＮ３は、各気筒２にそれぞれ１つずつ設けられている。また、車両には、運転者により操作される図外のアクセルペダルの開度（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサＳＮ４が設けられている。

ＰＣＭ１００は、クランク角センサＳＮ１の検出結果からエンジン本体１ａの回転数（エンジン回転数）を算出する。ＰＣＭ１００は、アクセル開度センサＳＮ４の検出結果からエンジン負荷を算出する。

尚、詳しくは後述するが、ＰＣＭ１００には、筒内圧センサＳＮ３で検出された筒内圧力に基づいて、燃焼室６内での熱発生率を推定する熱発生率推定部（熱発生率推定手段）１０１と、熱発生率推定部１０１で推定された推定熱発生率に基づいて、燃焼室６内での混合気の低温酸化反応の反応量を推定する低温酸化反応量推定部（低温酸化反応量推定手段）１０２と、燃焼室６内でのノッキングを抑制するためのノッキング抑制制御を実行するノッキング抑制部１０３とを含む。また、低温酸化反応量推定部１０２は、圧縮行程後期でかつ着火前の期間内における、上記推定熱発生率の最大値と最小値との差を第１推定反応量として算出する第１反応量推定部１０２ａを含む。さらに、低温酸化反応量推定部１０２は、クランク角度が第１クランク角度ＣＡ１である時の上記推定熱発生率である第１熱発生率と、クランク角度が第１クランク角度ＣＡ１よりも遅角側の第２クランク角度ＣＡ２である時の上記推定熱発生率である第２熱発生率との差を第２推定反応量として算出する第２反応量推定部１０２ｂとを含む。

ＰＣＭ１００は、これらセンサＳＮ１〜ＳＮ４等からの入力信号に基づいて種々の演算
を実行して、点火プラグ１３、インジェクタ１４、スロットルバルブ２２、ＥＧＲバルブ
４２等のエンジン１の各部を制御する。

〈燃焼制御〉
図３は、横軸をエンジン回転数、縦軸をエンジン負荷とした制御マップである。エンジン１の運転領域は、エンジン回転数とエンジン負荷とに応じて２つの領域に区画されている。本実施形態では、エンジン負荷が予め設定された基準負荷Ｔｑ１未満でありノッキングが生じ難い低負荷領域Ｂと、エンジン負荷が基準負荷Ｔｑ１以上でありノッキングが生じやすい高負荷領域Ａとが設定されている。高負荷領域Ａでは、ノッキングの発生を抑制するべく、上記ノッキング抑制制御が実施される。本実施形態１では、エンジン本体１ａの幾何学的圧縮比が１５〜２５に設定されており、燃焼室６内の温度が非常に高い温度にまで高められる。このため、特にノッキングが生じやすい。

高負荷領域Ａは、さらに、エンジン回転数が予め設定された基準回転数Ｎ１未満の高負荷低回転領域Ａ１と、エンジン回転数が基準回転数Ｎ１以上の高負荷高回転領域Ａ２とに区画されている。

本実施形態１では、点火プラグ１３を用いた点火アシストによる圧縮着火燃焼（ＳＰＣＣＩ燃焼、ＳＰＣＣＩ：ＳＰａｒｋ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ）が実施される。この圧縮着火燃焼では、まず、圧縮上死点（ＴＤＣ）よりも前にインジェクタ１４から燃焼室６内に燃料が噴射される。この燃料は圧縮上死点付近までに空気と混合する。燃焼室６に形成されたこの混合気に、圧縮上死点付近において点火プラグ１３による点火が行われる。これにより、点火プラグ１３周りの混合気が強制的に着火される。そして、点火プラグ１３周りから周囲に火炎が伝播していき、周囲の混合気が昇温されて着火する。

図４は、通常制御の実施時（後述するノッキング抑制制御を実施しなかったとき）の高負荷低回転領域Ａ１における燃料の噴射タイミングと点火タイミングと熱発生率の一例を示す。図４に示すように、例えば、高負荷低回転領域Ａ１では、吸気行程の中期と後期に１回ずつインジェクタ１４から燃料が噴射される。つまり、吸気行程の中期と後期に、燃料噴射Ｑ１ａ、Ｑ１ｂが実施される。そして、圧縮上死点（ＴＤＣ）近傍に設定された点火時期で点火プラグ１３により混合気に点火が行われる。燃料噴射Ｑ１ａは、要求されるエンジントルクを実現するためのメイン噴射、つまり、エンジントルクを生成するための燃料を噴射するメイン噴射である。一方、燃料噴射Ｑ１ｂは、着火・燃焼時期を制御するためのサブ噴射である。サブ噴射の噴射量Ｑ１ｂは、燃料噴射Ｑ１ａ、Ｑ１ｂの合計値の５％〜１５％程度である。尚、本明細書においては、各行程の前期、中期、及び後期とは、各行程における実施期間（クランク角度での期間）を均等に３分割したときの、最も進角側の期間がそれぞれ前期に相当し、最も遅角側の期間がそれぞれ後期に相当し、前期と後期との間の期間がそれぞれ中期に相当する。

図４に示すように、高負荷低回転領域Ａ１では、熱発生率は、着火によって急上昇する前に僅かに上昇する。すなわち、低温酸化反応した後に高温酸化反応している。低温酸化反応は、火炎を伴わずにわずかな発熱をする反応であり、混合気を燃焼室６内で圧縮することにより発生する。高温酸化反応は火炎を生じさせながら高い熱エネルギーを発する反応であり、混合気が実際に着火することにより発生する。尚、温度を基準にして、低温酸化反応と高温酸化反応とを区別する場合には、例えば、温度が１０００Ｋ未満の酸化反応を低温酸化反応とみなし、温度が１０００Ｋ以上になる酸化反応を高温酸化反応とみなすことができる。

図４に示す例では、圧縮行程後期でかつ着火前の期間において、低温酸化反応により熱発生率が立ち上がる。ここでは、低温酸化反応の段階であることから、熱発生率はあまり上昇しない。点火時期において点火プラグ１３の点火により点火エネルギーが付与されてからしばらく後のクランク角度にて、混合気が着火して高温酸化反応が開始することに伴い、クランク角度以降、熱発生率は高い値に向けて急激に上昇していく。本実施形態１では、点火時期は、低温酸化反応が発生する時期と略同時期に設定されている。

図５は、基本制御の実施時の高負荷高回転領域Ａ２における燃料の噴射タイミングと点火タイミングと熱発生率の一例を示す。例えば、高負荷高回転領域Ａ２では、吸気行程の前期から後期にかけて１回だけ燃料噴射Ｑ１が実施される。そして、圧縮上死点（ＴＤＣ）近傍に設定された点火時期で点火プラグ１３により混合気に点火が行われる。燃料噴射Ｑ１は、要求されるエンジントルクを実現するためのメイン噴射であり、この噴射量は、基本的に、エンジントルクの要求値に対応する量とされる。

図５に示すようにでは、高負荷高回転領域Ａ２における熱発生率は、高負荷低回転領域Ａ１のときとは異なり、低温酸化反応による熱発生率の上昇が明確には見られない。これは、エンジン回転数が高いときには、ピストン５の上昇速度及び燃焼室６内の圧力上昇速度が速いために、燃焼室６の主たる混合気の低温酸化反応が生じる時間が非常に短くなる、あるいは、燃焼室６の主たる混合気が急激に昇温されて低温酸化反応をほとんど生じることなく高温酸化反応を開始するためと考えられる。

〈ノッキング抑制制御〉
次に、高負荷領域Ａにおいて実施されるノッキング抑制制御について説明する。

本実施形態１では、まず、低温酸化反応の反応量に基づいてノッキング抑制制御を実行するか否かを判定するようにしている。

すなわち、点火プラグ１３によって燃焼室６内の混合気に点火したときには、燃焼室６の点火プラグ１３近傍で生じた火炎が、気筒２の外周側に向かって伝播する。このとき、燃焼室６の外周縁部付近では、未燃焼の混合気が局所的に圧縮される。これにより、燃焼室６の外周縁部付近は、局所的に高温かつ高圧の状態になる。ノッキングは、高温かつ高圧の状態になった混合気がそれぞれ個別に自着火することにより発生する。

燃焼室６内で低温酸化反応が発生するには、燃焼室６内の温度及び圧力の少なくとも一方が高いことが条件となる。このため、燃焼室６内で低温酸化反応が生じる場合には、高温酸化反応により生じた火炎が燃焼室６の外周部付近の混合気を圧縮したときに、燃焼室６の外周縁部付近が高温かつ高圧の状態になりやすい。よって、燃焼室６内で低温酸化反応が生じたときには、ノッキングが発生しやすくなる。また、低温酸化反応が生じると、その反応熱によって燃焼室６内の温度が昇温されやすくなる。このため、燃焼室６内で低温酸化反応が生じたときには、ノッキングが発生しやすくなる。

低温酸化反応が大きいとき、具体的には、低温酸化反応による熱発生率の上昇が大きいときには、燃焼室６内の温度及び圧力の少なくとも一方がかなり高く、低温酸化反応が活発に発生していることを意味するため、ノッキングが発生しやすい状態にある。一方で、低温酸化反応が全く生じないか、又は、低温酸化反応が生じたとしてもかなり小さい場合には、ノッキングが生じないか、又は、ノッキングが生じたとしても該ノッキングによる騒音の増大やピストン５等の損傷にほとんど影響しないことがある。そこで、本実施形態１では、低温酸化反応量推定部１０２で推定された低温酸化反応の反応量が、予め設定された特定反応量以上であるときに、燃焼室６内でのノッキングを抑制するためのノッキング抑制制御を実行するようにしている。

本実施形態１では、低温酸化反応量推定部１０２は、低温酸化反応の反応量を、熱発生率推定部１０１により推定された推定熱発生率に基づいて推定する。熱発生率推定部１０１は、該推定熱発生率を、圧縮行程後期でかつ着火前の期間内における、筒内圧センサＳＮ３で検出された筒内圧力に基づいて推定する。

図６は、低温酸化反応による熱発生率の変化の一例を示す図である。圧縮行程後期では、混合気が圧縮される一方で冷却損失が生じるため、低温酸化反応が発生するよりも前の期間では、熱発生率としては僅かに減少傾向になる。低温酸化反応が発生すると、減少傾向にあった熱発生率は、クランク角度が増加するに連れて上昇する。そして、図６に示す例では、着火前の低温酸化反応が生じる期間において、熱発生率が極大になった後、僅かに熱発生率が減少する。その後、混合気が着火されて高温酸化反応が生じることで、熱発生率が急激に増加する。

上記のように、圧縮行程後期における低温酸化反応が生じる期間中は、熱発生率は、例えば、極小になった後、極大となるような変化を示す。ここで、熱発生率における極小値から極大値への変化は、低温酸化反応が活発であるほど大きくなる。したがって、推定熱発生率の極小値と極大値との差、すなわち、圧縮行程後期でかつ着火前の期間内における、推定熱発生率の最大値と最小値との差を低温酸化反応の反応量とみなすことができる。

しかしながら、高負荷高回転領域Ａ２のように、低温酸化反応が小さい場合には、熱発生率の変化が小さく、圧縮行程後期でかつ着火前の期間内における、推定熱発生率の最大値と最小値とを精度良く求めることが困難になる。また、高負荷低回転領域Ａ１であっても、例えば、ＥＧＲガスの還流量が多い場合には、混合気中の酸素濃度が低くなって低温酸化反応が小さくなりやすい。このため、高負荷低回転領域Ａ１であっても、圧縮行程後期でかつ着火前の期間内における、推定熱発生率の最大値と最小値とを精度良く求めることが困難になることがある。

これに対して、本願発明者らが鋭意研究したところ、本願発明者らは、低温酸化反応により、熱発生率が極小となるクランク角度と熱発生率が極大となるクランク角度とが、エンジン回転数に応じて略一定に定められることを突き止めた。そこで、本実施形態１では、低温酸化反応量推定部１０２は、第１反応量推定部１０２ａにより、圧縮行程後期でかつ着火前の期間内における、推定熱発生率の最大値と最小値との差を第１推定反応量として算出する。また、低温酸化反応量推定部１０２は、第２反応量推定部１０２ｂにより、クランク角度が第１クランク角度ＣＡ１である時の推定熱発生率である第１熱発生率と、クランク角度が第１クランク角度ＣＡ１よりも遅角側の第２クランク角度ＣＡ２にある時の推定熱発生率である第２熱発生率との差を第２推定反応量として算出する。そして、低温酸化反応量推定部１０２は、第１推定反応量が所定反応量以上であるときには、該第１推定反応量に基づいて低温酸化反応の反応量を推定する一方、上記第１推定反応量が上記所定反応量未満であるときには、上記第２推定反応量に基づいて低温酸化反応の反応量を推定する。より詳しくは、本実施形態１では、低温酸化反応量推定部１０２は、第１推定反応量が所定反応量以上であるときには、該第１推定反応量を低温酸化反応の反応量として推定する一方、上記第１推定反応量が上記所定反応量未満であるときには、上記第２推定反応量を低温酸化反応の反応量として推定する。尚、本実施形態１では、所定反応量は、例えば１．５Ｊ／ｄｅｇ．に設定されている。

図７は、高負荷高回転域における、低温酸化反応による熱発生率の変化をシミュレーションにより算出した結果を示す。図７中の各曲線Ｌ１〜Ｌ３は、エンジン回転数がそれぞれ異なる。具体的には、曲線Ｌ１は、曲線Ｌ１〜Ｌ３の中で最も低いエンジン回転数における曲線であり、曲線Ｌ３は曲線Ｌ１〜Ｌ３の中で最も高いエンジン回転数における曲線である。曲線Ｌ２は、曲線Ｌ１のエンジン回転数と曲線Ｌ３のエンジン回転数との間のエンジン回転数における曲線である。

図７に示すように、各曲線Ｌ１〜Ｌ３は、熱発生率が急増する高温酸化反応が発生する直前において、極小となった後に極大となるような変化をすることが分かる。各曲線Ｌ１〜Ｌ３における、この極小となった後に極大となるような変化が低温酸化反応による熱発生率の変化に相当する。本実施形態１では、図７に示すように、低温酸化反応により熱発生率が変化する期間において、極小となるクランク角度をそれぞれ上記第１クランク角度ＣＡ１に設定し、極大となるクランク角度をそれぞれ上記第２クランク角度ＣＡ２に設定する。第１クランク角度ＣＡ１は、低温酸化反応により熱発生率が変化する期間内、すなわち、圧縮行程後期でかつ着火前の期間内において、熱発生率が最小になると推定されるクランク角度である。一方で、第２クランク角度ＣＡ２は、低温酸化反応により熱発生率が変化する期間内、すなわち、圧縮行程後期でかつ着火前の期間内において、熱発生率が最大になると推定されるクランク角度である。尚、第１クランク角度ＣＡ１は熱発生率が最小になると推定されるクランク角度であればよく、実際の熱発生率の変化において、クランク角度が第１クランク角度ＣＡ１である時に熱発生率が厳密に最小である必要はない。また、第２クランク角度ＣＡ２は熱発生率が最大になると推定されるクランク角度であればよく、実際の熱発生率の変化において、クランク角度が第２クランク角度ＣＡ２である時に熱発生率が厳密に最大である必要はない。

また、図７に示すように、エンジン回転数が高いほど、第１クランク角度ＣＡ１及び第２クランク角度ＣＡ２が進角側になることが分かる。つまり、第１クランク角度ＣＡ１及び第２クランク角度ＣＡ２は、エンジン回転数に依存して変化する。このため、第２反応量推定部１０２ｂは、第１クランク角度ＣＡ１及び第２クランク角度ＣＡ２を、エンジン回転数に応じて設定するようにしている。より具体的には、本実施形態１では、第２反応量推定部１０２ｂは、エンジン回転数が高いほど、第１クランク角度ＣＡ１及び第２クランク角度ＣＡ２を、進角側に設定するように構成されている。

さらに、図７に示すように、エンジン回転数が変化したとしても、第１クランク角度ＣＡ１から第２クランク角度ＣＡ２までの期間の長さ、すなわち、第１クランク角度ＣＡ１と第２クランク角度ＣＡ２との角度差は、略一定であることがわかる。よって、本実施形態１では、第２反応量推定部１０２ｂは、第１クランク角度ＣＡ１から第２クランク角度ＣＡ２までの期間の長さを略一定に設定するように構成されている。

ＰＣＭ１００には、上記のシミュレーションによって算出された、第１クランク角度ＣＡ１及び第２クランク角度ＣＡ２をそれぞれ設定するためのマップや関係式が格納されている。実際には、第２反応量推定部１０２ｂは、上記マップや上記関係式を読み込んで、エンジン回転数に応じた第１クランク角度ＣＡ１及び第２クランク角度ＣＡ２をそれぞれ設定する。

そして、第２反応量推定部１０２ｂは、設定した第１クランク角度ＣＡ１及び第２クランク角度ＣＡ２を用いて、上記第１熱発生率と上記第２熱発生率との差を第２推定反応量として算出する。これにより、筒内圧力の変化が小さく、推定熱発生率の最大値と最小値とから低温酸化反応の反応量を推定しにくいようなときであっても、低温酸化反応の反応量を精度良く推定することができる。

以上のように、低温酸化反応量推定部１０２は、推定熱発生率の変化が大きく、推定熱発生率の実際の最大値と最小値が精度良く推定可能であるときには、第１反応量推定部１０２ａにより算出される第１推定反応量を低温酸化反応の反応量として推定する。一方で、低温酸化反応量推定部１０２は、推定熱発生率の変化が小さく、推定熱発生率の実際の最大値と最小値を精度良く推定し難いときには、第２反応量推定部１０２ｂにより算出される第２推定反応量を低温酸化反応の反応量として推定する。これにより、低温酸化反応の反応量を精度良く推定することができる。

尚、低温酸化反応による熱発生率の変化では、熱発生率が極大（最大）となった後に熱発生率が低下せずに略一定の値になることがある。このときには、例えば、略一定となった値を、圧縮行程後期でかつ着火前の期間内における推定熱発生率の最大値とみなして、低温酸化反応の反応量を推定するようにしてもよい。

低温酸化反応量推定部１０２で推定された、低温酸化反応の反応量は、ＰＣＭ１００のノッキング抑制部１０３に入力される。ノッキング抑制部１０３は、推定された低温酸化反応の反応量が、上記特定反応量以上、詳しくは、騒音の増大やピストン５等の損傷に影響を与えるような反応量以上であるときには、ノッキング抑制制御を実行する。

本実施形態１では、ノッキング抑制部１０３はノッキング抑制制御として、燃焼室６内で混合気の高温酸化反応が生じる期間の前半に、燃焼室６内に冷却媒体を供給する。具体的には、ノッキング抑制部１０３は、燃焼室６内に、冷却媒体としての燃料を追加噴射するように、インジェクタ１４を制御する。

追加噴射を行う時期（クランク角度）は、予め実験等によって設定される。具体的には、ノッキング抑制制御（ここでは、燃料の追加噴射）を実行しなかったときの燃焼期間（高温酸化反応が生じる期間）を検出又は推定し、その半分の期間を求める。次に、得られた燃焼期間の半分以下のクランク角度を待機角度として設定して、ＰＣＭ１００に記憶させておく。次いで、点火プラグ１３による点火時期から上記待機角度後の時期を追加噴射Ｑ２の実施時期として設定する。そして、ノッキング抑制部１０３は、当該実施時期に追加噴射Ｑ２を実行するようにインジェクタ１４を制御する。

尚、本実施形態１では、上記待機角度は、燃焼が開始してから燃焼重心時期までの期間以下に設定されている。燃焼重心時期は、１燃焼サイクル中に生じる熱発生量の総量の５０％の熱発生が生じる時期（クランク角度）である。上記待機角度は、例えば、高温酸化反応が開始してから、１燃焼サイクル中に生じる熱発生量の総量の３０％程度の熱発生が生じるまでの時期（クランク角度）であって、圧縮上死点後１５°程度である。また、追加噴射Ｑ２における燃料の噴射量は、１燃焼サイクルで燃焼室６に供給される燃料の総量の１０％以下、より詳しくは、５％程度に設定されている。

次に、ノッキング抑制制御を実行する際のＰＣＭ１００の処理動作について、図８及び図９を参照して説明する。以下に説明する処理動作では、低温酸化反応の反応量を推定する処理動作は低温酸化反応量推定部１０２により実行され、ノッキング抑制制御はノッキング抑制部１０３により実行される。また、熱発生率の推定は、熱発生率推定部１０１により実行される。このフローチャートに基づく処理動作は、エンジン１が作動している間は１燃焼サイクル毎に実行される。

まず、ステップＳ１において、ＰＣＭ１００は、各センサＳＮ１〜ＳＮ４からの情報を読み込む。

次のステップＳ２では、ＰＣＭ１００は、エンジン１の運転領域が高負荷領域Ａであるか否かを判定する。エンジン１の運転領域が高負荷領域ＡであるＹＥＳのときには、ステップＳ３に進む一方で、エンジン１の運転領域が低負荷領域ＢであるＮＯのときには、リターンする。

上記ステップＳ３では、ＰＣＭ１００は、第１クランク角度ＣＡ１及び第２クランク角度ＣＡ２をそれぞれ設定する。このステップＳ３では、ＰＣＭ１００は、クランク角センサＳＮ１からの情報に基づいて、エンジン回転数を算出し、該エンジン回転数に応じて、第１クランク角度ＣＡ１及び第２クランク角度ＣＡ２をそれぞれ設定する。

次のステップＳ４では、ＰＣＭ１００は、圧縮行程後期であるか否かを判定する。圧縮行程後期であるか否かは、クランク角センサＳＮ１により検出されるクランク角度により判定する。ＰＣＭ１００は、圧縮行程後期であるＹＥＳのときには、ステップＳ５に進む一方、圧縮行程中期以前であるＮＯのときには、圧縮行程後期になるまで、このステップＳ４の判定を繰り返す。

上記ステップＳ５では、ＰＣＭ１００は、熱発生率を推定する。熱発生率は筒内圧センサＳＮ３の検出結果に基づいて算出する。

続くステップＳ６では、低温酸化反応の反応量を推定する。低温酸化反応の反応量を推定するフローチャートについては後述する。

次のステップＳ７では、ＰＣＭ１００は、低温酸化反応の反応量が特定反応量以上か否かを判定する。低温酸化反応の反応量が特定反応量以上であるＹＥＳのときにはステップＳ８に進む一方で、低温酸化反応の反応量が特定反応量未満であるＮＯのときにはリターンする。

上記ステップＳ８では、ＰＣＭ１００は、ノッキング抑制制御を実行する。このノッキング抑制制御では、上述したように、燃焼室６内で混合気の高温酸化反応が生じる期間の前半に、燃焼室６内に燃料を追加噴射する。ステップＳ８の後はリターンする。

図９は、低温酸化反応の反応量を推定するサブルーチン、すなわち、上記ステップＳ６の内容を示すフローチャートである。

低温酸化反応の推定では、まず、第１推定反応量を算出するための各ステップＳ１０１〜Ｓ１０３と、第２推定反応量を推定するための各ステップＳ１０４〜Ｓ１０８が平行して実行される。

ステップＳ１０１では、ＰＣＭ１００は、圧縮行程後期における推定熱発生率の最小値を算出する。次のステップＳ１０２では、ＰＣＭ１００は、圧縮行程後期における推定熱発生率の最大値を算出する。

続くステップＳ１０３では、ＰＣＭ１００は、上記ステップＳ１０１で算出した、推定熱発生率の最小値と、上記ステップＳ１０２で算出した、推定熱発生率の最大値との差、具体的には、上記ステップＳ１０２で算出した、推定熱発生率の最大値から、上記ステップＳ１０１で算出した、推定熱発生率の最小値を引いた値を求めて、第１推定反応量を算出する。

一方で、ステップＳ１０４では、ＰＣＭ１００は、クランク角度が第１クランク角度ＣＡ１なったか否かを判定する。この第１クランク角度ＣＡ１は、上記ステップＳ３で設定された第１クランク角度ＣＡ１である。クランク角度が第１クランク角度ＣＡ１になったか否かは、クランク角センサＳＮ１の検出結果から判定される。ＰＣＭ１００は、クランク角度が第１クランク角度ＣＡ１になったＹＥＳのときには、ステップＳ１０５に進み、クランク角度が第１クランク角度ＣＡ１である時の推定熱発生率である第１熱発生率を算出する。ステップＳ１０５の後はステップＳ１０６に進む。一方で、ＰＣＭ１００は、クランク角度が第１クランク角度ＣＡ１になっていないＮＯのときには、クランク角度が第１クランク角度ＣＡ１になるまでステップＳ１０４の判定を繰り返す。

次のステップＳ１０６では、ＰＣＭ１００は、クランク角度が第２クランク角度ＣＡ２なったか否かを判定する。この第２クランク角度ＣＡ２は、上記ステップＳ３で設定された第２クランク角度ＣＡ２である。クランク角度が第２クランク角度ＣＡ２になったか否かは、クランク角センサＳＮ１の検出結果から判定される。ＰＭＣ１００は、クランク角度が第２クランク角度ＣＡ２になったＹＥＳのときには、ステップＳ１０７に進み、クランク角度が第２クランク角度ＣＡ２である時の推定熱発生率である第２熱発生率を算出する。ステップＳ１０７の後はステップＳ１０８に進む。一方で、ＰＣＭ１００は、クランク角度が第２クランク角度ＣＡ２になっていないＮＯのときには、クランク角度が第２クランク角度ＣＡ２になるまでステップＳ１０６の判定を繰り返す。

続くステップＳ１０８では、ＰＣＭ１００は、上記ステップＳ１０５で算出した、上記第１熱発生率と、上記ステップＳ１０７で算出した、上記第２熱発生率との差、具体的には、上記第２熱発生率から、上記第１熱発生率を引いた値を求めて、第２推定反応量を算出する。

上記第１推定反応量及び上記第２推定反応量が算出された後の、ステップＳ１０９では、ＰＣＭ１００は、第１推定反応量が所定反応量以上であるか否かを判定する。ＰＣＭ１００は、第１推定反応量が所定反応量以上であるＹＥＳのときには、ステップＳ１１０に進む一方、第１推定反応量が所定反応量未満であるＮＯのときには、ステップＳ１１１に進む。

上記ステップＳ１１０では、ＰＣＭ１００は、第１推定反応量を低温酸化反応の反応量として採用する。一方で、上記ステップＳ１１１では、ＰＣＭ１００は、第２推定反応量を低温酸化反応の反応量として採用する。上記ステップＳ１１０の後、及び、上記ステップＳ１１１の後は、リターンして、ノッキング抑制制御を実行するための処理動作に戻る。

以上のようにして、低温酸化反応の反応量を推定することで、低温酸化反応の反応量の推定精度を高くすることができる。これにより、ノッキングが発生するおそれがあるか否かの判定精度が高くなるため、ノッキングを効果的に抑制することができる。

図１０は、第２推定反応量から推定される低温酸化反応の反応量に基づいて、ノッキング抑制制御を実行する際のタイムチャートの一例である。ここでは、低温酸化反応の反応量が特に小さくなりやすい高負荷高回転領域におけるタイムチャートを示している。第１クランク角度ＣＡ１及び第２クランク角度ＣＡ２は、エンジン回転数に応じて算出されている。

まず、吸気行程において、燃料噴射Ｑ１が実施される。その後、圧縮下死点を通過して圧縮行程に入る。そして、圧縮行程中期を経て圧縮行程後期に入り、ピストン５が圧縮上死点近傍に位置すると、低温酸化反応が発生して熱発生率が上昇する。

熱発生率が極小値（圧縮行程後期でかつ着火前の最小値）を示す付近で、クランク角度が第１クランク角度ＣＡ１になり、第１クランク角度ＣＡ１の検出フラグが立つ。ＰＣＭ１００は、第１クランク角度ＣＡ１の検出フラグが立ったときの推定熱発生率を 第１熱発生率として算出する。

ピストン５が圧縮上死点に近づくと、低温酸化反応が進み、熱発生率が極大値（圧縮行程後期でかつ着火前の最大値）を示す。熱発生率が極大値を示す付近で、クランク角度が第２クランク角度ＣＡ２になり、第２クランク角度ＣＡ２の検出フラグが立つ。ＰＣＭ１００は、第２クランク角度ＣＡ２の検出フラグが立ったときの推定熱発生率を第２熱発生率として算出する。

その後、ＰＣＭ１００が第２推定反応量を算出し、該第２推定反応量が特定反応量以上であるときには、図１０に示すように、燃焼室６内の混合気の着火前のクランク角度、特に点火プラグ１３の点火開始時期よりも前のクランク角度において、ノッキング抑制制御実行フラグが立つ。ノッキング抑制制御実行フラグが立ったときには、ＰＣＭ１００はノッキング抑制制御を実行して、燃焼室６内で混合気の高温酸化反応が生じる期間の前半に、追加噴射Ｑ２を実行する。これにより、燃焼室６内に局所的な高温領域が発生するのが抑制されて、ノッキングが適切に抑制される。

したがって、本実施形態では、低温酸化反応量推定部１０２は、圧縮行程後期でかつ着火前の期間内における、推定熱発生率の最大値と最小値との差を第１推定反応量として算出する第１反応量推定部１０２ａと、クランク角度が第１クランク角度ＣＡ１である時の推定熱発生率とクランク角度が第１クランク角度ＣＡ１よりも遅角側の第２クランク角度ＣＡ２である時の推定熱発生率との差を第２推定反応量として算出する第２反応量推定部１０２ｂとを有し、第１推定反応量が所定反応量以上であるときには、該第１推定反応量を低温酸化反応の反応量として推定する一方、第１推定反応量が上記所定反応量未満であるときには、第２推定反応量を低温酸化反応の反応量として推定するように構成されているため、筒内圧力の変化が小さく、推定熱発生率の最大値と最小値とから低温酸化反応の反応量を推定しにくいようなときであっても、低温酸化反応の反応量を精度良く推定することができる。

また、推定された低温酸化反応の反応量が、予め設定された特定反応量以上であるときには、ノッキング抑制制御として燃料の追加噴射が実行されるため、燃焼室６内に局所的な高温領域が発生するのが抑制されて、ノッキングが適切に抑制される。

さらに、ノッキング抑制制御として燃料の追加噴射は、高温酸化反応が生じる期間の前半であるため、追加噴射された燃料も十分に燃焼させることができるようになる。これにより、燃料の追加噴射によって燃焼室６内を冷却したとしても、エンジントルクが低下してしまうことを抑制することができる。

（実施形態２）
以下、実施形態２について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、以下の説明において実施形態１と共通の部分については、同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。

実施形態２では、ノッキング抑制制御の内容が実施形態１とは異なる。具体的には、実施形態２では、ノッキング抑制制御として、点火プラグ１３による点火開始時期を、低温酸化反応の反応量が上記特定反応量未満のときの点火開始時期よりも遅角させる。より詳しくは、点火プラグによる点火開始時期を、圧縮上死点よりも後にする。点火プラグ１３による点火開始時期が遅角されることにより、混合気の着火時期が遅角される。これにより、高温酸化反応時における筒内圧力を低下させることができる。この結果、ノッキングを適切に抑制することができる。

図１１は、本実施形態２において、第２推定反応量から推定される低温酸化反応の反応量に基づいて、ノッキング抑制制御を実行する際のタイムチャートの一例である。第１クランク角度ＣＡ１及び第２クランク角度ＣＡ２は、エンジン回転数に応じて算出されている。

図１１に示すように、ＰＣＭ１００が第２推定反応量を算出し、該第２推定反応量が特定反応量以上であるときには、点火プラグ１３の点火開始時期よりも前のクランク角度において、ノッキング抑制制御実行フラグが立つ。そして、ノッキング抑制制御実行フラグが立ったときには、ＰＣＭ１００は、ノッキング抑制制御を実行して、点火プラグ１３による点火開始時期を圧縮上死点よりも後にする。これにより、図１１に示すように、ノッキング抑制制御を実行しないとき（熱発生率のグラフに一点鎖線で示す）と比較して、高温酸化反応の開始時期が遅角される。このため、高温酸化反応時における筒内圧力は、ノッキング抑制制御を実行しないときと比較して低くなる。この結果、燃焼室６内に局所的な高圧領域が発生するのが抑制されて、ノッキングが適切に抑制される。

尚、実施形態２における低温酸化反応の反応量の推定は、上記実施形態１と同じであるため、説明を省略する。

（その他の実施形態）
ここに開示された技術は、上記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。

例えば、上記実施形態１及び２では、クランク角度が、第１クランク角度ＣＡ１及び第２クランク角度ＣＡ２になったか否かをクランク角センサＳＮ１の検出結果により判定していたが、これに限らず、例えば、圧縮下死点からの経過時間に基づいて判定するようにしてもよい。すなわち、エンジン回転数に応じて、圧縮下死点から第１クランク角度ＣＡ１になるまでの時間及び圧縮下死点から第２クランク角度ＣＡ２になるまでの時間をそれぞれ算出し、算出した時間が経過したときに、クランク角度が、第１クランク角度ＣＡ１及び第２クランク角度ＣＡ２になったと判定するようにしてもよい。

また、上記実施形態１では、追加噴射Ｑ２において燃焼室６に噴射する冷却媒体を燃料としたが、これに限らず、例えば水であってもよい。この場合、水を噴射するためのインジェクタを別途設ける必要がある。

さらに、上記実施形態１では、追加噴射Ｑ２における噴射量を１サイクル中に燃焼室６に供給される燃料の総量の１０％以下としたが、これに限らず、追加噴射の噴射量を１０％以上としてもよい。

また、上記実施形態２では、点火プラグ１３による点火開始時期を圧縮上死点よりも後まで遅角させているが、これに限らず、ノッキングが抑制できさえすれば、点火開始時期が圧縮上死点よりも前であってもよい。

上述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本開示の範囲を限定的に解釈してはならない。本開示の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本開示の範囲内のものである。

ここに開示された技術は、燃焼室が形成された気筒と、該気筒に嵌挿されたピストンの往復動により回転駆動されるクランクシャフトとを有し、ガソリンを含有する燃料と空気との混合気を燃焼室内で燃焼させるエンジンに有用である。

１ エンジン
２ 気筒
５ ピストン
６ 燃焼室
７ クランクシャフト
１３ 点火プラグ
１０１ 熱発生率推定部（熱発生率推定手段）
１０２ 低温酸化反応量推定部（低温酸化反応量推定手段）
１０２ａ 第１反応量推定部（第１反応量推定手段）
１０２ｂ 第２反応量推定部（第２反応量推定手段）
１０３ ノッキング抑制部（ノッキング抑制手段）
ＳＮ１ クランク角センサ（クランク角検出手段）
ＳＮ３ 筒内圧センサ（筒内圧検出手段）

Claims (12)

1. 燃焼室が形成された気筒と、該気筒に嵌挿されたピストンの往復動により回転駆動されるクランクシャフトとを有し、ガソリンを含有する燃料と空気との混合気を上記燃焼室内で燃焼させるエンジンにおいて、上記燃焼室内での混合気の低温酸化反応を検出する、エンジンの低温酸化反応検出方法であって、
   上記気筒内の圧力を検出する筒内圧検出工程と、
   クランク角度を検出するクランク角検出工程と、
   上記筒内圧検出工程で検出された筒内圧力に基づいて、上記燃焼室内での熱発生率を推定する熱発生率推定工程と、
   上記熱発生率推定工程で推定された、圧縮行程後期でかつ着火前の期間内における推定熱発生率に基づいて、低温酸化反応の反応量を推定する低温酸化反応量推定工程とを含み、
   上記低温酸化反応量推定工程は、
   圧縮行程後期でかつ着火前の期間内における、上記推定熱発生率の最大値と最小値との差を第１推定反応量として算出する第１反応量推定工程と、
   エンジン回転数に応じて、圧縮行程後期でかつ着火前の期間内におけるクランク角度である、第１クランク角度と、該第１クランク角度よりも遅角側の第２クランク角度とを設定する工程と、
   クランク角度が上記第１クランク角度である時の上記推定熱発生率とクランク角度が上記第２クランク角度である時の上記推定熱発生率との差を第２推定反応量として算出する第２反応量推定工程とを含み、
   上記第１推定反応量が所定反応量以上であるときには、該第１推定反応量に基づいて低温酸化反応の反応量を推定する一方、上記第１推定反応量が上記所定反応量未満であるときには、上記第２推定反応量に基づいて低温酸化反応の反応量を推定する工程であることを特徴とするエンジンの低温酸化反応検出方法。
2. 請求項１に記載のエンジンの低温酸化反応検出方法において、
   上記第１クランク角度は、圧縮行程後期でかつ着火前の期間内において、熱発生率が最小になると推定されるクランク角度であり、
   上記第２クランク角度は、圧縮行程後期でかつ着火前の期間内において、熱発生率が最大になると推定されるクランク角度であることを特徴とするエンジンの低温酸化反応検出方法。
3. 請求項１又は２に記載のエンジンの低温酸化反応検出方法において、
   上記第２反応量推定工程では、上記エンジン回転数が高いほど、上記第１クランク角度及び上記第２クランク角度が進角側に設定されることを特徴とするエンジンの低温酸化反応検出方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載のエンジンの低温酸化反応検出方法を用いた、エンジンの制御方法であって、
   上記低温酸化反応量推定工程で推定された低温酸化反応の反応量が、予め設定されかつ上記所定反応量よりも小さい特定反応量以上であるときに、上記燃焼室内でのノッキングを抑制するノッキング抑制制御を実行するノッキング抑制工程を含むことを特徴とするエンジンの制御方法。
5. 請求項４に記載のエンジンの制御方法であって、
   上記ノッキング抑制制御は、上記燃焼室内で混合気の高温酸化反応が生じる期間の前半に、上記燃焼室内に冷却媒体を供給する制御であることを特徴とするエンジンの制御方法。
6. 請求項４に記載のエンジンの制御方法であって、
   上記エンジンは、上記燃焼室内で混合気を圧縮するとともに、点火プラグによる点火によって、上記燃焼室内で混合気を燃焼させるエンジンであり、
   上記ノッキング抑制制御は、上記点火プラグによる点火開始時期を、上記低温酸化反応の反応量が上記特定反応量未満のときの点火開始時期よりも遅角させる制御であることを特徴とするエンジンの制御方法。
7. 燃焼室が形成された気筒と、該気筒に嵌挿されたピストンの往復動により回転駆動されるクランクシャフトとを有し、ガソリンを含有する燃料と空気との混合気を上記燃焼室内で燃焼させるエンジンの低温酸化反応検出装置であって、
   上記気筒内の圧力を検出する筒内圧検出手段と、
   クランク角度を検出するクランク角検出手段と、
   上記筒内圧検出手段で検出された筒内圧力に基づいて、上記燃焼室内での熱発生率を推定する熱発生率推定手段と、
   上記熱発生率推定手段で推定された、圧縮行程後期でかつ着火前の期間内における推定熱発生率に基づいて、上記燃焼室内での混合気の低温酸化反応の反応量を推定する低温酸化反応量推定手段とを備え、
   上記低温酸化反応量推定手段は、
   圧縮行程後期でかつ着火前の期間内における、上記推定熱発生率の最大値と最小値との差を第１推定反応量として算出する第１反応量推定部と、
   クランク角度が第１クランク角度である時の上記推定熱発生率とクランク角度が上記第１クランク角度よりも遅角側の第２クランク角度である時の上記推定熱発生率との差を第２推定反応量として算出する第２反応量推定部とを有し、
   上記第１推定反応量が所定反応量以上であるときには、該第１推定反応量を低温酸化反応の反応量として推定する一方、上記第１推定反応量が上記所定反応量未満であるときには、上記第２推定反応量を低温酸化反応の反応量として推定するように構成されており、
   上記第１クランク角度及び上記第２クランク角度は、それぞれ、エンジン回転数に応じて予め設定されかつ圧縮行程後期でかつ着火前の期間内におけるクランク角度であることを特徴とするエンジンの低温酸化反応検出装置。
8. 請求項７に記載のエンジンの低温酸化反応検出装置において、
   上記第１クランク角度は、圧縮行程後期でかつ着火前の期間内において、熱発生率が最小になると推定されるクランク角度であり、
   上記第２クランク角度は、圧縮行程後期でかつ着火前の期間内において、熱発生率が最大になると推定されるクランク角度であることを特徴とするエンジンの低温酸化反応検出装置。
9. 請求項７又は８に記載のエンジンの低温酸化反応検出装置において、
   上記第２反応量推定部における上記第１クランク角度及び上記第２クランク角度は、上記エンジンの回転数が高いほど、進角側に設定されることを特徴とするエンジンの低温酸化反応検出装置。
10. 請求項７〜９のいずれか１つに記載のエンジンの低温酸化反応検出装置を用いた、エンジンの制御装置であって、
    上記低温酸化反応量推定手段で推定された低温酸化反応の反応量が、予め設定されかつ上記所定反応量よりも小さい特定反応量以上であるときに、上記燃焼室内でのノッキングを抑制するためのノッキング抑制制御を実行するノッキング抑制手段を備えることを特徴とするエンジンの制御装置。
11. 請求項１０に記載のエンジンの制御装置であって、
    上記ノッキング抑制制御は、上記燃焼室内で混合気の高温酸化反応が生じる期間の前半に、上記燃焼室内に冷却媒体を供給する制御であることを特徴とするエンジンの制御装置。
12. 請求項１０に記載のエンジンの制御装置であって、
    上記エンジンは、
    上記燃焼室内の混合気に点火するように構成された点火プラグを更に有し、
    上記燃焼室内で混合気を圧縮するとともに、点火プラグによる点火によって、上記燃焼室内で混合気を燃焼させるように構成されており、
    上記ノッキング抑制制御は、上記点火プラグによる点火開始時期を、上記低温酸化反応の反応量が上記特定反応量未満のときの点火開始時期よりも遅角させる制御であることを特徴とするエンジンの制御装置。

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