JP7287075B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガソリンを含有する燃料と空気との混合気が燃焼する気筒を備えたエンジンの制御方法、ノック検出方法および制御装置に関する。

従来、エンジンの分野では、エンジン負荷が高いとき等に局所的にノッキングという異常燃焼が発生する場合があることが知られている。ノッキングは、気筒内の圧力高いノッキングが発生するのを防止するための種々の対策が行われている。具体的には、エンジン負荷が高く気筒内の温度が高い条件では、主たる燃焼とは別に気筒の外周部等において燃料と空気との混合気が自着火燃焼し、高い圧力波が生じてノッキングつまりシリンダやピストンの振動が生じる。ノッキングが生じると、騒音が増大するため、これを防止することが求められている。

例えば、特許文献１には、エンジン本体にノッキングを検出するノックセンサを設け、ノックセンサによってノッキングが検出されると点火時期を遅角して、ノッキングの発生を回避するように構成されたエンジンが開示されている。

特開２００８－２９１７５８号公報

特許文献１の構成によれば、点火時期の遅角によって気筒内での燃焼を緩慢にすることができ、気筒内の圧力上昇を抑制することができる。しかしながら、点火時期をノッキングが生じない時期まで単に遅角させる構成では、点火時期が過度に遅角されてしまいエンジントルクが確保できないおそれがある。具体的には、気筒の圧縮比が高い場合や気筒内での燃焼形態によっては非常に強度の高いノッキングが生じる場合がある。しかしながら、このようなノッキングが生じる頻度は非常に小さい。そのため、この非常に強度の高いノッキングを回避するために点火時期を単純に遅角させてしまうと、遅角量が過大となり、前記のような強度の高いノッキングが生じない通常の運転時にエンジントルクが過度に低減してしまう。これに対して、例えば、前記のような強度の高いノッキングを考慮せずに、点火時期の遅角量を少なく抑えることが考えられるが、この場合には、強度の高いノッキングによってエンジン本体が損傷してしまい、エンジンが早期に劣化するという問題が生じる。

本発明は、前記のような事情に鑑みてなされたものであり、エンジントルクの確保とエンジンの劣化防止とを両立することのできるエンジンの制御装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は、気筒が形成されたエンジン本体を有するエンジンの制御装置であって、前記気筒内で生じたノッキングの強度であるノック強度を検出するノック強度検出手段と、エンジンの出力トルクを調整可能な出力調整手段と、前記ノック強度検出手段により検出されたノック強度に基づいて前記出力調整手段を制御する制御手段とを備え、前記エンジン本体は、前記気筒内の混合気に点火して前記出力調整手段として機能する点火手段を備え、前記制御手段は、前記ノック強度が所定の第１判定強度よりも大きい第２判定強度以上になった回数である強ノック回数が所定の判定回数以下で、且つ、前記ノック強度が前記第１判定強度よりも大きい場合、前記ノック強度が低下するように前記出力調整手段を制御する第１の制御を実施し、前記強ノック回数が前記判定回数よりも大きい場合、前記強ノック回数が前記判定回数以下のときよりもエンジンの最大トルクが低下するように前記出力調整手段を制御する第２の制御を実施し、前記第１の制御は、前記ノック強度が前記第１判定強度よりも大きくなると前記点火手段によって混合気に点火が行われる時期である点火時期を遅角させ、前記ノック強度が前記第１判定強度未満になると前記点火時期を進角させる制御であり、前記第２の制御は、前記ノック強度が前記第１判定強度よりも小さい第３判定強度よりも大きくなると前記点火手段によって混合気に点火が行われる時期である点火時期を遅角させ、前記ノック強度が前記第３判定強度未満になると前記点火時期を進角させる制御であり、前記制御手段は、前記第２の制御の実施時、前記強ノック回数の増大に伴って前記第３判定強度を徐々に小さくする、ことを特徴とする（請求項１）。

この構成によれば、ノック強度が第１判定強度よりも大きくなるとノック強度が低減するように出力調整手段が制御される。そのため、ノック強度が第１判定強度よりも大きくなる機会を少なくできる。しかも、ノック強度が第１判定強度よりも高い第２判定強度以上になった回数である強ノック回数が所定の判定回数よりも大きくなると、強ノック回数が判定回数以下のときよりもエンジンの最大トルクが低減される。そのため、強ノック回数が判定回数以下であってノック強度が非常に高い第２判定強度以上となった回数が比較的少なく、これに伴いエンジン本体の損傷が未だ小さいときには、高いエンジントルクを確保できるとともに、強ノック回数が判定回数よりも大きくなってエンジン本体の損傷が比較的大きくなったときには、エンジンの最大トルクを低減することで気筒内で生成される燃焼エネルギーを低くしてエンジン本体のさらなる損傷を防止することができ、エンジンのさらなる劣化を防止することができる。
また、この構成によれば、第１の制御と第２の制御とが上記のように設定されていることで、点火時期を遅角するという簡単な構成で、ノック強度が第１判定強度あるいは第３判定強度よりも大きいときにノック強度を確実に低減できる。また、ノック強度が第１判定強度未満あるいは第３判定強度未満のときには点火時期の進角によってエンジントルクを確保できる。さらに、強ノック回数が判定回数よりも大きいときには、強ノック回数が判定回数以下のときよりも点火時期の遅角を多くすることができ、これによってエンジンの最大トルクを確実に低減できる。
また、前記第２の制御の実施時に、前記強ノック回数の増大に伴って前記第３判定強度が徐々に小さくされていることで、強ノック回数が増大してエンジン本体の劣化が進むにつれて点火時期の遅角量が増大される。そのため、エンジントルクの急減を防止しつつ、エンジン本体の劣化具合に応じて適切にエンジンの最大トルクを低減できる。

前記構成において、好ましくは、前記制御手段は、エンジン回転数が所定の基準回転数以上且つエンジン負荷が所定の基準負荷以上となる高速高負荷領域でエンジンが運転されているときにのみ、前記第２の制御を実施する（請求項２）。

高速高負荷領域では、ノック強度が高くなりやすく第２判定強度以上になる機会が多い。これより、この構成によれば、高速高負荷領域で前記の第２の制御が実施されることでノック強度が第２判定強度以上という高い強度になってエンジン本体の損傷が大きくなるのを確実に防止しつつ、他の領域におけるエンジントルクの低下を回避することができる。

前記構成において、好ましくは、前記制御手段は、前記第２の制御の実施時、前記強ノック回数が前記判定回数よりも大きい第２判定回数よりも大きくなると、前記強ノック回数に関わらず前記第３判定強度を最小の値に維持する（請求項３）。

この構成によれば、エンジンの最大トルクが過度に低下するのを回避できる。

エンジン本体の幾何学的圧縮比が高いときは、ノック強度が高くなりエンジン本体の劣化が促進されやすい。これより、前記構成がエンジン本体の幾何学的圧縮比は１５以上２５以下に設定されたものに適用されれば、より効果的にエンジン本体の劣化を抑制できる。

以上説明したように、本発明によれば、エンジントルクの確保とエンジンの劣化防止とを両立することのできるエンジンの制御装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態にかかるエンジンシステムの構成を示した図である。 エンジンの制御系統を示すブロック図である。 制御マップを示した図である。 エンジン本体の一部の概略断面図である。 各運転ポイントにおけるノック強度を示したグラフであり、（ａ）～（ｄ）はそれぞれ運転ポイントＰ１～Ｐ４のグラフである。 運転ポイントＰ４におけるノック強度を示したグラフである。 運転ポイントＰ４におけるノック強度と発生頻度との関係を示したグラフであり、（ｂ）は（ａ）の一部を拡大した図である。 強ノック回数と浸食量との関係を示したグラフである。 燃焼室の圧力分布を示したグラフであり、（ａ）～（ｃ）は各時刻の図である。 エンジン本体の劣化度の推定手順を示したフローチャートである。 点火時期の制御手順を示したフローチャートである。 強ノック回数と遅角実施ノック強度との関係を示した図である。 点火時期の制御結果を説明するための図である。 第１実施形態の作用を説明するための図である。 第２実施形態の制御手順を示したフローチャートである。 第２実施形態に係る噴射パターンと熱発生率とを示した図である。 強ノック回数と燃料低減量の関係を示した図である。 第２実施形態に係る噴射パターンと熱発生率とを示した図である。

（１）エンジンの全体構成
図１は、本発明のエンジンの制御装置が適用されるエンジンシステムの構成を示す図である。本実施形態のエンジンシステムは、４ストロークのエンジン本体１と、エンジン本体１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１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１は、例えば、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た直列４気筒エンジンである。このエンジンシステムは車両に搭載され、エンジン本体１は車両の駆動源として利用される。本実施形態では、エンジン本体１は、ガソリンを含む燃料の供給を受けて駆動される。なお、燃料は、バイオエタノール等を含むガソリンであってもよい。

エンジン本体１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（上下動）可能に嵌装されたピストン５とを有する。

ピストン５の上方には燃焼室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。なお、ここでは、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の冠面と燃焼室６の天井面との間の空間を、燃焼室６という。

エンジン本体１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、１５以上２５以下（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、気筒２内で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、燃焼室６に開口する吸気ポート９および排気ポート１０と、吸気ポート９を開閉する吸気弁１１と、排気ポート１０を開閉する排気弁１２とが設けられている。本実施形態のエンジンのバルブ形式は、吸気２バルブ×排気２バルブの４バルブ形式であり、吸気ポート９、排気ポート１０、吸気弁１１および排気弁１２は、１つの気筒２についてそれぞれ２つずつ設けられている。図示は省略するが、本実施形態では、１つの気筒２に接続された２つの吸気ポート９のうちの一方に、開閉可能なスワール弁（不図示）が設けられており、気筒２内のスワール流（気筒軸線の回りを旋回する旋回流）の強さが変更されるようになっている。

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。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。

シリンダヘッド４には、燃焼室６内の混合気を点火するための点火プラグ１３が設けられている。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。

シリンダヘッド４には、さらに、燃焼室６内の圧力である筒内圧を検出する筒内圧センサ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。本実施形態では、この筒内圧センサＳＮ３が、請求項における検出手段として機能する。

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。

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を通過する排気つまり既燃ガスの一部を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。

（２）制御系統
図２、エンジンの制御系統を示すブロック図である。本実施形態のエンジンシステムは、ＰＣＭ（パワートレイン・コントロール・モジュール、制御手段）１００によって統括的に制御される。ＰＣＭ１００は、周知のとおり、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おり、ＰＣＭ１００はこれらセンサと電気的に接続されている。例えば、シリンダブロック３には、エンジン回転数を検出するクランク角センサＳＮ１が設けられている。また、吸気通路２０には、これを通って各気筒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、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等のエンジンの各部を制御する。

（３）燃焼形態
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。本実施
形態では、エンジンの運転領域が、エンジン回転数が予め設定された基準回転数Ｎ１未満の低速領域Ａと、エンジン回転数が基準回転数Ｎ１以上の高速領域Ｂとに区画されている。

低速領域Ａでは、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とをミックスした部分圧縮着火燃焼（以下、これをＳＰＣＣＩ燃焼という）が実行される。なお、ＳＰＣＣＩ燃焼における「ＳＰＣＣＩ」とは、「Ｓｐａｒｋ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ」の略である。

ＳＩ燃焼とは、点火プラグ１３により混合気に点火し、その点火点から周囲へと燃焼領域を拡げていく火炎伝播により混合気を強制的に燃焼させる形態のことであり、ＣＩ燃焼とは、ピストン５の圧縮により高温・高圧化された環境下で混合気を自着火により燃焼させる形態のことである。そして、これらＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とをミックスしたＳＰＣＣＩ燃焼とは、混合気が自着火する寸前の環境下で行われる火花点火により燃焼室６内の混合気の一部をＳＩ燃焼させ、当該ＳＩ燃焼の後に（ＳＩ燃焼に伴うさらなる高温・高圧化により）燃焼室６内の残りの混合気を自着火によりＣＩ燃焼させる、という燃焼形態のことである。

ＳＩ燃焼によって、燃焼室６内の温度および圧力が高まると、これに伴い未燃混合気が自着火し、ＣＩ燃焼が開始される。ＣＩ燃焼の開始後は、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とが並行して行われる。ＳＩ燃焼はＣＩ燃焼に比べて燃焼速度が遅い。これより、ＳＩ燃焼時の熱発生はＣＩ燃焼時の熱発生よりも穏やかであり、ＳＰＣＣＩ燃焼ではＣＩ燃焼に比べて熱発生率の立ち上がりの傾きが相対的に小さくなる。ＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼よりも熱発生が大きいことで、熱発生率は相対的に大きくなるが、ＣＩ燃焼は、圧縮上死点の後に行われるため、熱発生率の波形の傾きが過大になることはない。すなわち、圧縮上死点を過ぎるとピストン５の下降によりモータリング圧力が低下するので、このことが熱発生率の上昇を抑制する。このように、ＳＰＣＣＩ燃焼では、ＳＩ燃焼の後にＣＩ燃焼が行われるという性質上、燃焼騒音の指標となるｄＰ／ｄθ（クランク角に対する筒内圧の上昇速度）が過大になり難く、単純なＣＩ燃焼（全ての燃料をＣＩ燃焼させた場合）に比べて燃焼騒音を抑制することができる。また、ＣＩ燃焼はＳＩ燃焼に比べて燃焼速度が速いことから、ＳＰＣＣＩ燃焼では、単純なＳＩ燃焼（全ての燃料をＳＩ燃焼させた場合）に比べて燃焼終了時期を早めることができる。言い換えると、ＳＰＣＣＩ燃焼では、燃焼終了時期を膨張行程内において圧縮上死点に近づけることができる。これにより、ＳＰＣＣＩ燃焼では、単純なＳＩ燃焼に比べて燃費性能を向上させることができる。

一方、高速領域Ｂでは、ピストン５の移動速度が速いことで、混合気を所望の時期に自着火させることが困難になるため、通常のガソリンエンジンにおいて採用されるＳＩ燃焼が実施される。ＳＩ燃焼は、混合気のほぼ全体を火炎伝播によって燃焼させる燃焼形態であり、圧縮上死点付近において点火プラグ１３から放電が行われて、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、残りの混合気が火炎伝播によって強制的に燃焼する。

ＥＣＵ１００は、エンジン回転数とエンジン負荷とに基づいて現在の運転領域が低速領域Ａと高速領域Ｂのいずれであるかを判定するとともに、その判定結果および現在のエンジン本体１の運転条件（エンジン回転数、エンジン負荷等）に基づき、適切なＳＰＣＣＩ燃焼あるいはＳＩ燃焼が実現されるように、インジェクタ１４、点火プラグ１３等を制御する。なお、エンジン負荷は、エンジン回転数とアクセル開度等から算出される。ＥＣＵ１００は、請求項の「制御手段」に相当する。

（４）エンジン損傷のメカニズム
前記のように、ＳＩ燃焼では、基本的に熱発生は穏やかであり筒内圧の上昇は緩やかである。しかしながら、高速領域Ｂのうちエンジン負荷が所定の基準負荷Ｔ１以上の高速高負荷領域Ｂ－Ｈでエンジンが運転されており、エンジン負荷およびエンジン回転数が高いときは、燃焼室６内において一部の混合気の温度・圧力が急増してこの混合気が自着火燃焼し、これに伴って筒内圧が急増していわゆるノッキングが発生する場合がある。特に、本実施形態では、前記のように、気筒２の幾何学的圧縮比が高く設定されていることで燃焼室６内の温度・圧力が高くなりやすく、局所的に筒内圧が急増しやすい。筒内圧が急増すると、エンジン本体から発せられる騒音が大きくなる。また、筒内圧が過度に大きくなりその急増量が非常に大きくなるとエンジン本体が損傷すると言われている。

しかしながら、本願発明者らは、筒内圧が単に急増した場合であっても、その大きさによってはエンジン本体にほとんど損傷が加えられないこと、つまり、エンジン本体に損傷を与えるのは筒内圧があるレベルを超えて増大した場合のみであることを突き止めた。これについて、次に説明する。

まず、本願発明者らは、エンジン本体１が適切に稼働できなくなる状態について詳細に調べた。その結果、エンジン本体１を長時間にわたって運転した後では、シリンダブロック３の上面が浸食されている場合があることを突き止めた。

具体的には、エンジン本体１の一部の概略断面図のである図４に示すように、シリンダブロック３の上面３ａとシリンダヘッド４の下面４ａとの間にはガスケット１９が挟み込まれている。ただし、シリンダブロック３はシリンダヘッド４の内周端よりも内周側にはみ出すように構成され、ガスケット１９はシリンダヘッド４の内周端から外周側に延びるように構成されている。これに伴い、シリンダブロック３の上面３ａの内周側の部分は、燃焼室６に露出することになり、この露出した部分が浸食される。例えば、シリンダブロック３がアルミ製の場合、そのアルミの地肌が燃焼室６に露出することになり、このアルミが浸食される。このようにシリンダブロック３の上面３ａが浸食されて、その浸食量（浸食深さであってシリンダブロック３の上面３ａからの浸食された部分の下端までの距離）が所定量以上になると、シリンダブロック３とシリンダヘッド４との間の隙間が大きくなる。この結果、ガスケット１９が適切にシリンダブロック３とシリンダヘッド４に圧着しなくなり、これらの間に隙間ができてしまう。シリンダブロック３とシリンダヘッド４との間に隙間が生じると、燃焼室６内のガスの一部がこの隙間を通って燃焼室６の外部に漏えいすることになり、エンジン本体１を適切な稼働させることが不可能となる。このように、本願発明者らは、シリンダブロック３の上面３ａが浸食されることでエンジン本体１の適切な稼働が不可能になることを突き止めた。つまり、エンジン本体１の損傷具合すなわち劣化度合は、シリンダブロック３の浸食量によって決定されることを突き止めた。

次に、本願発明者らは、シリンダブロック３が浸食されるときの燃焼室６の状態について調べた。その結果、シリンダブロック３の浸食は、前記のように、燃焼室６内で混合気が不適切に自着火燃焼して筒内圧が大きくなるときに生じるが、筒内圧の増大量があるレベルを超えない限り前記浸食はほとんど起こらないという知見を得た。

図５は、燃焼サイクル数を横軸とし、燃焼に伴って生じた筒内圧の増大量の最大値を縦軸としたグラフである。詳細には、縦軸の値は、各燃焼サイクルにおける実際の（筒内圧センサにより検出された）筒内圧から、モータリング時の筒内圧つまり燃焼室６内で燃焼が生じないときの燃焼室６内の圧力を差し引いた値（筒内圧の増大量）のうち最大となる値である。以下では、適宜、燃焼に伴って生じた筒内圧の増大量を筒内圧増大量といい、筒内圧の増大量の最大値をノック強度という。図５の（ａ）～（ｄ）は、それぞれ図２の各運転ポイントＰ１～Ｐ４においてこれらの関係を示した結果である。図６は、高速高負
荷領域Ｂ－Ｈに含まれる運転ポイントＰ４のグラフであり、図５（ｄ）と同じグラフであるが、図６の縦軸の最大値は図５（ｄ）の縦軸の最大値よりも大きい。図５（ａ）～（ｄ）、図６の各グラフのＹ１は同じ値である。図７（ａ）は、横軸をノック強度とし、縦軸をその発生頻度としたグラフであって、運転ポイントＰ４における結果を示したものである。図７（ｂ）は図７（ａ）の一部を拡大した図である。なお、これらのグラフは、後述する点火時期の遅角は行わず、予め設定された基本点火時期で点火を行ったときの結果である。

図５（ａ）～（ｄ）において、Ｋ＿ａｖｅは各運転ポイントのノック強度の平均値を示している。これらの図に示すように、ノック強度は燃焼サイクルに応じて変動するが、ノック強度は基本的にその運転ポイントにおける平均値Ｋ＿ａｖｅの２～３倍程度の値よりも小さく抑えられる。しかしながら、図５（ｄ）、図６に示すように、エンジン回転数が高く且つエンジン負荷が高い運転ポイントＰ４であって、高速高負荷領域Ｂ－Ｈ（図３）に含まれる運転ポイントでエンジンが運転されているときには、極稀に、ノック強度が平均値Ｋ＿ａｖｅの１０倍程度の値Ｋ＿Ｍを超える場合がある。このことは、図７（ａ）、（ｂ）にも示されている。つまり、図７（ａ）に示すように、運転ポイントＰ４においても、ほとんどの燃焼サイクルにおいてノック強度は比較的小さい値に抑えられる。しかし、０．０００１％（１００万サイクルに１回）という非常に小さい頻度ではあるが、ノック強度が非常に高くなり平均値Ｋ＿ａｖｅの１０倍程度の値Ｋ＿Ｍを超える場合がある。なお、運転ポイントＰ１～Ｐ３においてノック強度の平均値Ｋ＿ａｖｅは例えば５ｂａｒ程度であり、運転ポイントＰ４においてノック強度の平均値Ｋ＿ａｖｅは例えば８ｂａｒ程度、前記の値Ｋ＿Ｍは例えば８０ｂａｒ程度である。

図８は、ノック強度が８０ｂａｒを超えた回数（燃焼サイクル数）と、シリンダブロック３の浸食量（浸食深さ）との関係を示したグラフである。なお、図８の〇印は実験結果であり、破線で示したラインは実験結果から推定される前記回数と浸食量との関係を示したラインである。図８に示されるように、ノック強度が８０ｂａｒを超えた回数とシリンダブロック３の浸食量とは比例し、前記回数が増大するのに従って浸食量は増大する。このことから明らかなように、主として、ノック強度が８０ｂａｒ程度であってノック強度の平均値に対して非常に高いレベルを超えたときに、シリンダブロック３は浸食される。図８における、上限浸食量は、燃焼室６から燃焼ガスの漏えいが生じる浸食量の最小値であり、例えば、４５０μｍ程度である。

なお、ノック強度が８０ｂａｒ程度というシリンダブロック３を浸食する程度にまで高くなるのは、次の理由によると考えられる。

図９（ａ）～（ｃ）は、ノック強度がシリンダブロック３を浸食するレベルとなったときの燃焼室６内の圧力分布を計算した結果である。図９において、濃い色ほど圧力が高いことを示している。図９において、「ＥＸ」は排気側（排気弁１２が配置される側）、「ＩＮ」は吸気側（吸気弁１１が配置される側）であることを示している。図９の（ａ）～（ｃ）は、各時刻での圧力分布を示しており、（ａ）～（ｃ）の順で時間が経過している。

図９（ａ）に示す点Ｂ１は混合気の自着火が開始したポイントである。この図９（ａ）に示すように、高温の排気が流通する排気弁１２回りは低温の吸気が流通する吸気弁１１回りよりも温度が高いため、圧縮上死点付近において排気弁１２側の領域の圧力の方が吸気弁１１側の圧力よりも高くなる。これより、局所的に高温・高圧となり自着火を開始するポイントＢ１も排気側の領域に含まれる。図９（ａ）、（ｂ）に示すように、ポイントＢ１で混合気が自着火すると、その圧力波が周囲に伝播してポイントＢ１回りの圧力は高くなる。このとき、基本的に、圧力波はシリンダブロック３の内周面３ａで反射して燃焼
室６全体に広がる。ところが、図９（ｃ）に示すように、圧力波の一部がシリンダブロック３の内周面３ａとピストン５の外周面５ａとの間の隙間Ｖ１に入り込む場合がある。そして、このように隙間Ｖ１に圧力波が入り込むと、隙間Ｖ１に向かう圧力波と、隙間Ｖ１内に入り込んだ後ピストンリング５ｂ（図４参照）で反射した圧力波とが重なり合って圧力波が増幅されてしまい、隙間Ｖ１内の圧力が非常に高くなってしまう。このように、ノック強度がシリンダブロック３を浸食するレベルにまで大きくなるのは、混合気の自着火で生じた圧力波が前記隙間Ｖ１に入り込んで増幅されるためと考えられる。

ここで、エンジン負荷が高いときは燃焼室６で生成される燃焼エネルギーが大きいことに伴って燃焼室６内の温度が高くなる。また、エンジン負荷が高いときは燃焼室６に供給される燃料の量が多いことに伴って、混合気が局所的にリッチ（燃料濃度が高く）なりやすく混合気が自着火しやすい。また、エンジン回転数が高いときは、１クランクあたりの時間が短くなることで燃焼室６の壁面から外部に逃げる熱エネルギーが少なくなって燃焼室６内の温度が高くなりやすい。これより、前記のように、エンジン回転数が高く且つエンジン負荷が高いとき、つまり、高速高負荷領域Ｂ－Ｈでエンジンが運転されているときは、筒内圧が高くなりやすく、ノック強度が前記の値Ｋ＿Ｍを超える場合がある。

（５）点火時期制御
前記のように筒内圧が急増するとエンジン本体から発せられる騒音が大きくなる。また、筒内圧の増大量が非常に大きくなるとエンジン本体１の劣化が促進される。これより、本実施形態では、筒内圧の急増を抑制するべく点火時期を制御する。ＥＣＵ１００にて実施される本実施形態に係る点火時期の制御について、図１０、図１１のフローチャートを用いて説明する。

まず、ステップＳ１にて、ＥＣＵ１００は、筒内圧センサＳＮ３の検出値やエンジン回転数等の各種情報を読み込む。

次に、ステップＳ２にて、ＥＣＵ１００は、ノック強度を算出する。本実施形態では、ＥＣＵ１００は、筒内圧センサＳＮ３で検出された筒内圧をハイパスフィルタにかけることで筒内圧増大量を算出し、得られた筒内圧増大量の１燃焼サイクル中の最大値をノック強度として算出する。

次に、ステップＳ３にて、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２で算出したノック強度が予め設定された強ノック判定値以上であるか否かを判定する。強ノック判定値は、シリンダブロック３を浸食するノック強度の最小値であって、予め実験等によって決定されてＥＣＵ１００に記憶されている。例えば、強ノック判定値は、８０ｂａｒ程度に設定されている。本実施形態では、前記強ノック判定値が請求項の「第２判定強度」に相当する。

ステップＳ３の判定がＹＥＳであってノック強度が強ノック判定値以上のときは、ＥＣＵ１００はステップＳ４に進む。ステップＳ４において、ＥＣＵ１００は、ノック強度が強ノック判定値以上となった回数である強ノック回数をカウントアップする。具体的には、ＥＣＵ１００は、記憶していた強ノック回数に１を足し、得られた値を強ノック回数として新たに記憶する。なお、強ノック回数の初期値（エンジン本体１の出荷時等であってエンジン本体１が一度も駆動されていない時の値）はゼロであり、エンジン本体１の駆動が停止された後も、ＥＣＵ１００はエンジン本体１の駆動停止前の強ノック回数を記憶し続ける。ステップＳ４の後はステップＳ５に進む。

一方、ステップＳ４の判定がＮＯのときは、ＥＣＵ１００は、強ノック回数を更新することなく、ステップＳ５に進む。

ステップＳ５にて、ＥＣＵ１００は、点火時期の基本的な値である基本点火時期を設定する。基本点火時期は、予め設定されてＥＣＵ１００に記憶されている。例えば、基本点火時期は、エンジン回転数とエンジン負荷とについてそれぞれ設定されてマップで記憶されており、ＥＣＵ１００はこのマップから現在のエンジン回転数とエンジン負荷とに対応する値を抽出する。なお、基本点火時期は、エンジン本体１の全運転領域において圧縮上死点付近に設定されている。

次に、ステップＳ６にて、ＥＣＵ１００は、後述するように点火時期の遅角を実施するか否かの判定に用いるノック強度の閾値である第１基準強度を設定する。第１基準強度は、予め設定されてＥＣＵ１００に記憶されている。第１基準強度は、エンジン本体１から発せられる騒音が所定のレベル以下に抑えることのできるノック強度の最大値であって、シリンダブロック３が浸食されるようなノック強度よりも十分に小さい値に設定される。本実施形態では、エンジン回転数とエンジン負荷とについてそれぞれ異なる第１基準強度が設定されてＥＣＵ１００に記憶されており、ステップＳ６では、現在のエンジン回転数とエンジン負荷とに対応した第１基準強度が抽出される。例えば、各第１基準強度は、１０ｂａｒ以上且つ３０ｂａｒ以下の値にそれぞれ設定される。

次に、ステップＳ７にて、ＥＣＵ１００は、強ノック回数が第１判定回数Ｃ１よりも大きく、且つ、エンジンが高速高負荷領域Ｂ－Ｈで運転されているという条件が成立するか否かを判定する。第１判定回数Ｃ１は予め設定されてＥＣＵ１００に記憶されている。この第１判定回数Ｃ１は、例えば８００以上１２００以下程度に設定される。この第１判定回数Ｃ１は、請求項の「判定回数」に相当する。

ステップＳ７の判定がＮＯであって、高速高負荷領域Ｂ－Ｈを除いた領域でエンジンが運転されている、あるいは、強ノック回数が第１判定回数Ｃ１以下の場合は、ステップＳ８に進む。ステップＳ８にて、ＥＣＵ１００は、遅角実施ノック強度を第１基準強度に設定して、ステップＳ１２に進む。遅角実施ノック強度は、後述するように点火時期の遅角を実施するか否かの判定に用いる閾値であり、ノック強度がこの遅角実施ノック強度よりも高いときは点火時期を遅角する。

一方、ステップＳ７の判定がＹＥＳであって、強ノック回数が第１判定回数Ｃ１よりも大きく、且つ、エンジンが高速高負荷領域Ｂ－Ｈで運転されている場合は、ステップＳ９に進む。ステップＳ９にて、ＥＣＵ１００は、さらに、強ノック回数が第２判定回数Ｃ２以下であるか否かを判定する。第２判定回数Ｃ２は第１判定回数Ｃ１よりも大きい値に設定されている。第２判定回数Ｃ２は、例えば第１判定回数Ｃ１よりも３００程度大きい値に設定される。

ステップＳ９の判定がＮＯであって強ノック回数が第２判定回数Ｃ２よりも大きい場合は、ステップＳ１０に進む。ステップＳ９において、ＥＣＵ１００は、遅角実施ノック強度を予め設定された第２基準強度に設定して、ステップＳ１２に進む。第２基準強度は、第１基準強度よりも小さい値に設定されている。例えば、第２基準強度は、第１基準強度よりも５～１０ｂａｒ程度小さい値に設定されてＥＣＵ１００に記憶されている。

一方、ステップＳ９の判定がＹＥＳであって強ノック回数が第２判定回数Ｃ２以下の場合（且つ第１判定回数Ｃ１よりも大きい場合）は、ステップＳ１１に進む。ステップＳ１１にて、ＥＣＵ１００は、遅角実施ノック強度を、第１基準強度と第２基準強度との間の値に設定する。具体的には、図１２に示すように、第１基準強度と第２基準強度との間の値に、且つ、強ノック回数が大きくなるに従って遅角実施ノック強度が強ノック回数に比例して小さくなるように、遅角実施ノック強度は設定される。ステップＳ１１の後はステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２において、ＥＣＵ１００は、ステップＳ３で算出したノック強度が、前記のステップＳ８、Ｓ１０、Ｓ１１のいずれかで設定された遅角実施ノック強度より大きいか否かを判定する。

ステップＳ１２の判定がＮＯであって、ノック強度が遅角実施ノック強度以下の場合は、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１３において、ＥＣＵ１００は、点火リタード量（ｉ）を、同じ運転ポイントでの先の演算時に算出した点火リタード量（ｉ－１）から単位アドバンス量を減算した値に更新する。具体的には、本実施形態では、ステップＳ１～Ｓ１５までのステップが１燃焼サイクル毎に実施される。そして、ＥＣＵ１００は、各運転ポイントについて（エンジン回転数とエンジン負荷とについて）それぞれ点火リタード量を記憶しており、記憶している値の中から現在の運転ポイントと同じ運転ポイントの点火リタード量を抽出する。そして、この抽出値から単位アドバンス量を差し引いて現在の運転ポイントにおける点火リタード量を算出し、これを新たに記憶する。

例えば、エンジンがある運転ポイントＸで連続して運転されている場合において、１燃焼サイクル前までのノック強度の検出履歴から同運転ポイントＸでの点火リタード量が既にＺと特定されており、且つ、今回の燃焼サイクルで検出されたノック強度が遅角実施ノック強度以下であった（つまりステップＳ１２でＮＯと判定された）と仮定する。この場合、ステップＳ１３では、先の点火リタード量（ｉ－１）であるＺから単位アドバンス量が減算され、この減算後の値が運転ポイントＸにおける新たな点火リタード量（ｉ）として更新される。

前記の点火リタード量および単位アドバンス量の単位はクランク角度であり、単位アドバンス量は０より大きい値であって予め設定されてＥＣＵ１００に記憶されている。

一方、ステップＳ１２の判定がＹＥＳであって、ノック強度が遅角実施ノック強度より大きい場合は、ステップＳ１４に進む。ステップＳ１４において、ＥＣＵ１００は、点火リタード量（ｉ）を、同じ運転ポイントでの先の演算時に算出した点火リタード量（ｉ－１）に単位リタード量を加算した値に更新する。

例えば、エンジンがある運転ポイントＸで連続して運転されている場合において、１燃焼サイクル前までのノック強度の検出履歴から同運転ポイントＸでの点火リタード量が既にＷと特定されており、且つ、今回の燃焼サイクルで検出されたノック強度が遅角実施ノック強度より大きくなった（つまりステップＳ１２でＹＥＳと判定された）と仮定する。この場合、ステップＳ１４では、先の点火リタード量（ｉ－１）であるＷから単位リタード量が加算され、この加算後の値が運転ポイントＸにおける新たな点火リタード量（ｉ）として更新される。

単位リタード量の単位もクランク角度である。また、単位リタード量も０より大きい値であって予め設定されてＥＣＵ１００に記憶されている。ただし、本実施形態では、単位リタード量は、単位アドバンス量よりも大きい値に設定されている。

ここで、図３の運転ポイントＰ１、Ｐ２、Ｐ３のようにエンジン負荷もしくはエンジン回転数が比較的低い運転ポイントでは、ノック強度が大きくなり難いので、ノック強度が遅角実施ノック強度を超える（ステップＳ１２でＹＥＳと判定される）頻度は少ない。このため、運転ポイントＰ１、Ｐ２、Ｐ３を含む領域であって高速高負荷領域Ｂ－Ｈを除く領域（以下、その他の領域という）では、点火リタード量（ｉ）が０より大きくなる頻度は少なく、点火時期はほとんどの場合において基本点火時期もしくはその付近に制御される。これに対し、運転ポイントＰ４のように高速高負荷領域Ｂ－Ｈに含まれてエンジン回
転数およびエンジン負荷が高い運転ポイントでは、ノック強度が大きくなり易いので、ノック強度が遅角実施ノック強度を超える頻度はその他の領域に比べて大きくなる。このため、高速高負荷領域Ｂ－Ｈでは、点火リタード量（ｉ）が０より大きくなる頻度が相対的に高くなり、基本点火時期に対する点火時期の平均的な遅角量は増える傾向にある。この平均的な遅角量が無視できない値にまで増大すると、エンジンの最大トルクは実質的に低下する。

ステップＳ１３、Ｓ１４の後はステップＳ１５に進む。ステップＳ１５において、ＥＣＵ１００は、ステップＳ５で設定した基本点火時期と、ステップＳ１３またはＳ１４で設定した点火リタード量（ｉ）とに基づいて点火時期を決定し、処理を終了する（ステップＳ２１に戻る）。

具体的には、ステップＳ１３またはＳ１４で設定された点火リタード量（ｉ）が０より大きい値のときは基本点火時期に対して点火リタード量（ｉ）だけ遅角させた時期を点火時期に設定し、ステップＳ１３またはＳ１４で設定された点火リタード量（ｉ）が０より小さい値のときは基本点火時期に対して点火リタード量（ｉ）だけ進角させた時期を点火時期に設定し、ステップＳ１３またはＳ１４で設定された点火リタード量（ｉ）が０のときは基本点火時期を点火時期に設定する。つまり、本実施形態では、ノック強度が遅角実施ノック強度より大きい場合は、点火時期の基本点火時期からの遅角量が単位リタード量だけ増大されて、点火時期が１燃焼サイクル前の時期（最後に同じ運転ポイントで運転された燃焼サイクルでの点火時期）に対して遅角される。一方、ノック強度が遅角実施ノック強度以下の場合は、点火時期の基本点火時期からの遅角量が単位アドバンス量だけ低減されて、点火時期が１燃焼サイクル前の時期（最後に同じ運転ポイントで運転された燃焼サイクルでの点火時期）に対して進角される。

ただし、前記のように、単位アドバンス量が単位リタード量よりも小さい値に設定されていることで、ノック強度が遅角実施ノック強度を超えると点火時期は大きく遅角され、その後ノック強度が遅角実施ノック強度を低下しても点火時期は徐々にしか進角されない。これより、燃焼サイクル数とノック強度および点火時期との関係を模式的に示した図１３のように、ノック強度が遅角実施ノック強度を超えるたびに点火時期はより遅角側の時期とされ、点火時期は、時間の経過に伴って、ノック強度が遅角実施ノック強度を超えない範囲のうち最も進角側の時期付近に制御される。

前記の点火時期の制御を実施したときの作用について、図１４を用いて説明する。図１４の各グラフは、車両の走行距離に対する各パラメータの変化を模式的に示したものであり、上から順に、ノック強度、点火時期、強ノック回数、エンジントルクを示している。また、この図１４は、高速高負荷領域Ｂ－Ｈでエンジンを連続して稼働させた場合の各変化を示しており、図１４のエンジントルクはエンジンの最大トルクをあらわしている。また、ノック強度のグラフにおいて破線は遅角判定値を示しており、点火時期のグラフにおいて破線は基本点火時期を示している。また、強ノック回数およびエンジントルク（エンジンの最大トルク）のグラフにおいて、鎖線は比較例であって強ノック回数の大きさに関わらず遅角判定値を第１基準判定値に固定した場合の結果を示している。

強ノック回数が第１判定回数Ｃ１以下であって走行距離が距離Ｌ１以下のときは、遅角実施ノック強度は第１基準強度であって比較的高い値に設定される。このため、点火時期の基本点火時期からの遅角量は比較的小さく抑えられ、エンジンの最大トルクが高く維持される。強ノック判定値は第１基準強度よりも大きいので、強ノック回数が走行距離Ｌ１にて第１判定回数Ｃ１に達した時点で、それまでの間（距離Ｌ１未満）にノック強度が第１基準強度を超えた回数は少なくともＣ１以上であり、当該Ｃ１以上の回数は点火時期の遅角がなされている。しかしながら、第１基準強度は第２基準強度に比べれば十分に大き
い。そのため、第１基準強度を超える頻度（点火時期を遅角させる頻度）はそう多くなく、エンジンの最大トルクの低下量は小さく抑えられる。

これに対して、強ノック回数が第１判定回数Ｃ１よりも大きくなると（走行距離が距離Ｌ１を超えると）、遅角実施ノック強度が第１基準強度よりも小さい値とされる。本実施形態では、前記のように、強ノック回数が第２判定回数Ｃ２よりも大きくなるまで、遅角実施ノック強度は強ノック回数に比例して低減される。遅角実施ノック強度が小さくなることで、点火時期の平均的な遅角量は大きくなる。これにより、ノック強度は低減していき、ノック強度が強ノック判定値を超える機会も少なくなる。そして、点火時期の遅角量が大きくなることでエンジンの最大トルクは低減することになる。すなわち、本実施形態では、強ノック回数が第１判定回数Ｃ１よりも大きくなると、強ノック回数が第１判定回数Ｃ１以下のときよりもエンジンの最大トルクが低下する。

さらに、強ノック回数が第２判定回数Ｃ２よりも大きくなるのに伴って、遅角実施ノック強度は第２基準強度とされる。これにより、ノック強度が強ノック判定値を超える機会はほとんどなくなり、強ノック回数は、上限強ノック回数よりも低い値に維持される。強ノック回数が上限強ノック回数よりも低い値に維持されることで、シリンダブロック３の浸食量は上限浸食量に到達せず、シリンダブロック３の浸食に伴う燃焼ガスの燃焼室６外部への漏えいは回避される。つまり、鎖線で示した比較例では、走行距離が距離Ｌ２付近において強ノック回数が上限強ノック回数に到達してしまい、シリンダブロック３の浸食量が上限浸食量となって燃焼ガスの漏えいが生じ出すのに対して、本実施形態では、距離Ｌ２を超えても燃焼ガスの漏えいが回避される。

なお、強ノック回数が第１判定回数Ｃ１よりも大きくなるのは、例えば、走行距離が２５万ｋｍ程度のときである。また、強ノック回数が第２判定回数Ｃ２となったときのエンジンの最大トルクは、強ノック回数が第１判定回数Ｃ１以下のときのエンジンの最大トルクの９５％程度に低減される。

以上のように、本実施形態では、強ノック回数が第１判定回数Ｃ１以下の場合、遅角実施ノック強度を比較的低い第１基準強度に設定して、ノック強度がこの第１基準強度よりも大きくなると点火時期を遅角させることでノック強度を低減させるようになっており、この強ノック回数が第１判定回数Ｃ１以下の場合に実施される制御が請求項の「第１の制御」に相当する。そして、強ノック回数が第１判定回数Ｃ１以下の場合の遅角実施ノック強度つまり第１基準強度が、請求項の第１の制御の実施時における「第１判定強度」に相当する。

そして、本実施形態では、強ノック回数が第１判定回数Ｃ１よりも大きい場合、遅角実施ノック強度を第１基準強度よりも低い値（第１基準強度未満且つ第２基準強度以上の値）に設定して、この第１基準強度よりも低い遅角実施ノック強度よりもノック強度が大きくなると点火時期を遅角させることで、強ノック回数が第１判定回数Ｃ１以下の場合よりも点火時期の遅角量を多くしてエンジンの最大トルクを低下させており、この強ノック回数が第１判定回数Ｃ１よりも大きい場合に実施される制御が請求項の「第２の制御」に相当する。そして、強ノック回数が第１判定回数Ｃ１よりも大きい場合の遅角実施ノック強度つまりこれに設定される値であって第１基準強度未満且つ第２基準強度以上の値が、請求項の第２の制御の実施時における「第３判定強度」に相当する。また、点火プラグ１３が請求項の「出力調整手段」に相当する。

（作用等）
以上のように、本実施形態では、強ノック回数が第１判定回数Ｃ１以下の場合、ノック強度が第１基準強度よりも大きくなると点火時期を遅角させてノック強度を第１基準強度
付近まで低下させる。これより、騒音が所定値よりも高くなるのを防止できる。そして、強ノック回数が第１判定回数Ｃ１よりも大きくなると、強ノック回数が第１判定回数Ｃ１以下のときよりも点火時期を遅角させてエンジンの最大トルクを小さくする。これより、エンジン本体１の劣化が進行している状態でノック強度が強ノック判定値以上になる機会を少なく抑えることができ、エンジン本体１の劣化がさらに進行するのを抑制できる。つまり、エンジン本体の適切な稼働が困難になるまでの期間を延ばすことができる。また、強ノック回数が第１判定回数Ｃ１以下であってエンジン本体１の劣化があまり進行していないときには、点火時期の遅角量を少なく抑えて高いエンジントルクを確保することができる。

特に、本実施形態では、点火時期を遅角させるという簡単な構成で、ノック強度の低減およびエンジントルクの低減、ひいては、騒音増大の防止およびエンジン本体１の劣化抑制を実現できる。

また、本実施形態では、強ノック回数が第１判定回数Ｃ１から第２判定回数Ｃ２になるまでの間、強ノック回数に比例して遅角実施ノック強度を低減している。そのため、強ノック回数の増大に伴って点火時期の遅角量が急増してエンジンの最大トルクが急激に低下するのを回避できるとともに、エンジン本体１の劣化具合に応じて適切にエンジンの最大トルクを低減できる。

また、本実施形態では、強ノック回数が第２判定回数Ｃ２よりも大きくなると、強ノック回数に関わらず、遅角実施ノック強度をその最小の値である第２基準強度に維持している。そのため、点火時期の遅角量が過度に大きくなるのを回避して、エンジンの最大トルクが過度に低くなるのを回避できる。

（６）第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態に係るエンジンの制御装置について説明する。第２実施形態のエンジンシステムは、第１実施形態のエンジンシステムと異なり点火プラグ１３を有しないが、その他の点ではほぼ同様の構成を有しており、第２実施形態のエンジンシステムの詳細な構成についての説明は省略する。前記のように、第１実施形態では全運転領域において点火プラグ１３による点火に伴って燃焼を開始させるようにしている。これに対して、第２実施形態では、全運転領域において混合気は自着火によって燃焼を開始するようになっている。つまり、第２実施形態では、全運転領域においてＣＩ燃焼が実施される。第２実施形態では、点火プラグ１３による点火が行われないことから、ノック強度を小さくするためにインジェクタ１４から噴射される燃料の調整が行われる。

図１５のフローチャートを用いて、第２実施形態に係る燃料噴射の制御について説明する。

第２実施形態においても図１０のフローチャートに示したステップＳ１～Ｓ４が実施される。一方、第２実施形態では、ステップＳ４の後、図１５のフローチャートに示したステップＳ３１に進む。

ステップＳ３１にて、ＥＣＵ１００は、基本噴射量を設定する。基本噴射量は、インジェクタ１４から１燃焼サイクル中に燃焼室６に噴射される燃料の総量の基本値である。基本噴射量は、エンジン本体１に対して求められているトルクを出力するのに必要な燃料の最低量であり、ＥＣＵ１００は、燃焼室６の充填効率とエンジン回転数等に基づいて基本噴射量を算出する。なお、充填効率は、エアフローセンサＳＮ２の検出値等から算出され、ＥＣＵ１００は、充填効率が、エンジン本体１に対して求められているトルクを出力するのに必要な充填効率の最低値となるようにスロットルバルブ２２等の開度を変更する。

次に、ステップＳ３２にて、ＥＣＵ１００は、強ノック回数が第１判定回数Ｃ１よりも大きく、且つ、エンジンが高速高負荷領域Ｂ－Ｈで運転されているという条件が成立するか否かを判定する。第１判定回数Ｃ１予め設定されてＥＣＵ１００に記憶されている。この判定回数は、第１実施形態の第１判定回数Ｃ１と同じ値、例えば８００以上１２００以下程度に設定される。

ステップＳ７の判定がＮＯであって、高速高負荷領域Ｂ－Ｈを除いた領域でエンジンが運転されている、あるいは、強ノック回数が第１判定回数Ｃ１以下の場合は、ステップＳ３３に進む。

ステップＳ３３にて、ＥＣＵ１００は、総噴射量をステップＳ３１で設定した基本噴射量に設定する。総噴射量は、１燃焼サイクル中にインジェクタ１４から噴射する燃料の量つまり噴射量の総量である。ただし、後述する追加噴射を実施する場合は、追加噴射によってインジェクタ１４から噴射する燃料の量を除いた噴射量の総量である。ステップＳ３３の後は、ステップＳ３４に進む。

ステップＳ３４では、ＥＣＵ１００は、ノック強度が予め設定された追加噴射実施強度より大きいか否かを判定する。追加噴射実施強度は、予め設定されてＥＣＵ１００に記憶されている。追加噴射実施強度は、第１実施形態の第１基準強度と同様に、エンジン本体１から発せられる騒音が所定のレベル以下に抑えることのできるノック強度の最大値に設定される。例えば、追加噴射実施強度は、１０ｂａｒ以上且つ３０ｂａｒ以下の値に設定される。第２実施形態においても、エンジン回転数とエンジン負荷とについてそれぞれ異なる追加噴射実施強度が設定されてＥＣＵ１００に記憶されており、ステップＳ３４では、現在のエンジン回転数とエンジン負荷とに対応した値が抽出されて追加噴射実施強度に設定される。

ステップＳ３４の判定がＹＥＳであって、ノック強度が追加噴射実施強度より大きい場合は、ステップＳ３５に進む。ステップＳ３５にて、ＥＣＵ１００は、追加噴射量（ｉ）を、同じ運転ポイントでの先の演算時に算出した追加噴射量（ｉ－１）に加算側単位噴射量を加算した値に更新する。具体的には、本実施形態では、ステップＳ１～Ｓ３９までのステップが１燃焼サイクル毎に実施される。そして、ＥＣＵ１００は、各運転ポイントについて（エンジン回転数とエンジン負荷とについて）それぞれ追加噴射量を記憶しており、記憶している値の中から現在の運転ポイントと同じ運転ポイントの追加噴射量を抽出する。そして、この抽出値から加算側単位噴射量を加算して現在の運転ポイントにおける追加噴射量を算出し、これを新たに記憶する。例えば、連続して同じ運転ポイントでエンジンが運転されているときは、１燃焼サイクル前の追加噴射量（ｉ－１）に対して加算側単位噴射量が加算されて、加算後の値が新たな追加噴射量（ｉ）に設定される。

一方、ステップＳ３４の判定がＮＯであって、ノック強度が追加噴射実施強度以下の場合は、ステップＳ３６に進む。ステップＳ３６にて、ＥＣＵ１００は、追加噴射量（ｉ）を、同じ運転ポイントでの先の演算時に算出した追加噴射量（ｉ－１）から減算側単位噴射量を減算した値に更新する。本実施形態では、減算側単位噴射量は、０より大きく且つ加算側単位噴射量よりも小さい値であって予め設定されてＥＣＵ１００に記憶されている。

ステップＳ３５、Ｓ３６の後はステップＳ３７に進む。ステップＳ３７にて、ＥＣＵ１００は、ステップＳ３５、３６で設定した追加噴射量が０より大きいか否かを判定する。ステップＳ３７の判定がＹＥＳであって設定された追加噴射量が０より大きいときはステップＳ３８に進む。そして、ステップＳ３８において、ＥＣＵ１００は、追加噴射を実施
する。一方、ステップＳ３７の判定がＮＯであって設定された追加噴射が０以下のときは、ステップＳ３９に進み、追加噴射を停止する。

追加噴射とは、通常制御時（強ノック回数が第１判定回数Ｃ１以下で且つノック強度が追加噴射実施強度以下のとき）に実施する燃料噴射の後で、且つ、圧縮行程の後半から膨張行程の前半にかけての期間に実施される燃料噴射である。つまり、インジェクタ１４は、圧縮行程の後半または膨張行程の前半に燃料を噴射する追加噴射と、それよりも前に燃料を噴射する主噴射とを実施できるようになっている。そして、通常制御時は、ＥＣＵ１００は、１燃焼サイクル中、ステップＳ３３で設定した総噴射量分の燃料のみをインジェクタ１４から噴射させる。これに対して、追加噴射の実施時は、ＥＣＵ１００は、ステップＳ３３で設定した総噴射量分の燃料を噴射するとともに、その後、且つ、圧縮行程の後半または膨張行程の前半に、さらにインジェクタ１４から燃料を噴射させる。例えば、噴射パターン（インジェクタ１４のリフト量）と熱発生率とのクランク角に対する変化を模式的に示した図１６のように、通常制御時に、吸気行程に一括して主噴射Ｑ１が実施される（総噴射量分の燃料が吸気行程に１回で燃焼室６内に噴射される）場合に、追加噴射を実施するときは、この主噴射Ｑ１に加えて膨張行程の前半に追加噴射Ｑ２が実施される。なお、主噴射Ｑ１は複数回に分けて実施されてもよい。つまり、総噴射量分の燃料が複数回に分けてインジェクタ１４から燃焼室６に噴射されてもよい。なお、圧縮行程の後半から膨張行程の前半にかけての期間とは、圧縮上死点前９０°ＣＡ（クランク角）から圧縮上死点後９０°ＣＡまでの期間をいう。

また、ステップＳ３８では、ＥＣＵ１００は、追加噴射によってインジェクタ１４から噴射される燃料の量が、ステップＳ３５またはＳ３６で設定した追加噴射量になるようにインジェクタ１４を制御する。

このように、第２実施形態では、強ノック回数が第１判定回数以下である、あるいは、エンジンが高速高負荷領域Ｂ－Ｈで運転されていない場合は、ノック強度が追加噴射実施強度よりも大きいときに追加噴射が実施されて、ノック強度が追加噴射実施強度以下のときは基本的に追加噴射が停止される。具体的には、前記のように、減算側追加噴射量は加算側追加噴射量がよりも小さい値に設定されている。そのため、ノック強度が追加噴射実施強度よりも大きくなって追加噴射が一旦実施されると、その後、ノック強度が追加噴射実施強度以下になっても追加噴射の噴射量は徐々にしか低減されず、追加噴射は継続して実施される。そして、ノック強度が追加噴射実施強度以下となる燃焼サイクルが所定サイクル連続すると、追加噴射量が０以下になるのに伴って追加噴射が停止される。

このように圧縮行程の後半または膨張行程の前半であって燃焼室６内の温度が高くなったタイミングに追加で燃料が燃焼室６に噴射されれば、追加噴射に係る燃料の気化潜熱によって燃焼室６内の温度上昇が抑制されて燃焼が緩慢になり、筒内圧の上昇が抑制される。例えば、熱発生率は、追加噴射を実施しないときは図１６の実線に示すようになるのに対して、追加噴射を実施したときは図１６の破線に示すようになる。これより、第２実施形態によれば、ノック強度が追加噴射実施強度より大きくなることに伴って追加噴射が実施されることでノック強度が低減されて、ノック強度は平均的に追加噴射実施強度付近に制御される。

図１５に戻り、ステップＳ３２の判定がＮＯであって、強ノック回数が第１判定回数Ｃ１よりも大きく、且つ、エンジンが高速高負荷領域Ｂ－Ｈで運転されている場合は、ステップＳ４０に進む。

ステップＳ４０にて、ＥＣＵ１００は追加噴射を停止する（追加噴射が実施されていない場合は、追加噴射の停止を継続する）。ステップＳ４０の後はステップＳ４１に進む。
ステップＳ４１では、ＥＣＵ１００は、燃料低減量を設定する。ステップＳ４１の後はステップＳ４２に進む。ステップＳ４２では、総噴射量を、ステップＳ３１で設定した基本噴射量からステップＳ４１で設定した燃料低減量を差し引いた値に設定する。そして、ＥＣＵ１００は、１燃焼サイクルで燃焼室６に噴射される燃料の総量がステップＳ４２で設定した総噴射量となるようにインジェクタ１４を制御する。つまり、燃料低減量は、１燃焼サイクルで燃焼室６に噴射される燃料の総量の基本噴射量に対する低減量である。燃料低減量は、予め設定されてＥＣＵ１００に記憶されている。本実施形態では、図１７に示すように燃料低減量が設定されている。具体的には、強ノック回数が第１判定回数Ｃ１よりも大きくなると、強ノック回数に比例して燃料低減量が増大され、強ノック回数が所定の第２判定回数Ｃ２よりも大きくなると強ノック回数に関わらず燃料低減量は一定の値に維持される。第２判定回数Ｃ２は、判定回数よりも大きい値であって、予めＥＣＵ１００に記憶されている。第２判定回数Ｃ２は、例えば、第１実施形態の第２判定回数Ｃ２と同様に判定回数よりも３００程度大きい値に設定される。

このように、強ノック回数が第１判定回数Ｃ１よりも大きい場合は、１燃焼サイクルで燃焼室６に噴射される燃料の総量が、基本噴射量つまり強ノック回数が第１判定回数以下のときの量よりも少なくされる。例えば、図１８に示すように、１燃焼サイクル中に燃焼室６内に噴射される燃料の全てが吸気行程中に一括して噴射される場合、この吸気行程中に実施される噴射の噴射量が実線で示す基本噴射量Ｑ１から破線で示す総噴射量Ｑ１１に低減される。総噴射量が低減されることで、熱発生率は図１８の実線に示す状態に対して破線に示すようになり、熱発生は緩やかになる。なお、１燃焼サイクル中に複数回に分けて燃料が噴射される場合は、噴射量の最も多い噴射を燃料低減量分低減させる。ただし、この場合において、各噴射の噴射量をそれぞれ低減して、各噴射量の低減量の総量が燃料低減量となるようにしてもよい。

１燃焼サイクルで燃焼室６に噴射される燃料の総量が少なくなるとエンジントルクも小さくなる。これより、第２実施形態では、強ノック回数が第１判定回数Ｃ１よりも大きくなると、強ノック回数が第１判定回数Ｃ１以下の時よりもエンジントルクが低減される。本実施形態では、高速高負荷領域Ｂ－Ｈでのみ、この総噴射量の低減が行われ、これに伴い、強ノック回数が第１判定回数Ｃ１よりも大きい場合は強ノック回数が第１判定回数Ｃ１以下の時よりもエンジンの最大トルクが低減されることになる。

ここで、第２実施形態では、前記のように、強ノック回数が第１判定回数Ｃ１以下の場合は、ノック強度が追加噴射実施強度を超えると追加噴射を実施するようになっており、この追加噴射を実施する制御が、請求項の「第１の制御」に相当し、追加噴射実施強度が請求項の「第１判定強度」に相当する。

そして、第２実施形態では、前記のように、強ノック回数が第１判定回数Ｃ１よりも大きい場合に実施される総噴射量を低減する制御が請求項の「第２の制御」に相当し、インジェクタ１４が請求項の「出力調整手段」に相当する。

（作用等）
以上のように、第２実施形態においても、強ノック回数が第１判定回数Ｃ１以下で、且つ、ノック強度が追加噴射実施強度よりも大きい場合は追加噴射を実施してノック強度を低下させるようにしていることで、騒音が所定値よりも高くなるのを防止できる。また、ノック回数が第１判定回数Ｃ１よりも大きくなると、強ノック回数が第１判定回数Ｃ１以下のときよりも総噴射量を低減させてエンジンの最大トルクを小さくしていることで、エンジン本体１の劣化が進行している状態でノック強度が強ノック判定値よりも大きくなる機会を少なく抑えることができ、エンジン本体１の劣化がさらに進行するのを抑制できる。つまり、エンジン本体の適切な稼働が困難になるまでの期間を延ばすことができる。ま
た、強ノック回数が第１判定回数Ｃ１以下であってエンジン本体１の劣化があまり進行していないときには、エンジンの最大トルクが低下するのを回避して高いエンジントルクを確保することができる。

（７）その他の変形例
前記第１実施形態では、高速高負荷領域Ｂ－Ｈでエンジンが運転されているときのみ、ステップＳ９～ステップＳ１０を実施して強ノック回数が第１判定回数Ｃ１よりも大きいときの方が強ノック回数が第１判定回数Ｃ１以下のときよりも遅角実施ノック強度を小さくする場合について説明したが、強ノック回数が第１判定回数Ｃ１よりも大きくなると遅角実施ノック強度を小さくする制御を、他の運転領域でエンジンが運転されているときにも実施してもよい。また、前記第２実施形態では、高速高負荷領域Ｂ－Ｈでエンジンが運転されているときのみ、ステップＳ４０～Ｓ４２を実施して総噴射量を低減する場合について説明したが、この総噴射量の低減制御を他の運転領域でエンジンが運転されているときにも実施してもよい。

ただし、ノック強度が強ノック判定値を超えやすいのは、高速高負荷領域Ｂ－Ｈでエンジンが運転されているときである。従って、高速高負荷領域Ｂ－Ｈでのみ、前記の制御を実施するようにすれば、制御構成を簡素化してＥＣＵ１００の演算負荷を小さく抑えることができる。

また、ノック強度が強ノック判定値を超えやすいエンジン負荷が高い領域、例えば、高速高負荷領域Ｂ－Ｈでのみ前記のノック強度が強ノック判定値を超えた回数を数えるステップ（Ｓ１～Ｓ４）を実施してもよい。

また、気筒の幾何学的圧縮比は、１５以上２０以下に限らない。ただし、気筒の幾何学的圧縮比が１５以上になると、ノック強度が高くなりやすい。そのため、このエンジンに前記の実施形態を適用すれば、シリンダブロック３の浸食量が上限浸食量に到達するまでの期間を効果的に延ばすことができる。また、気筒の幾何学的圧縮比が１５以上のときは、ノック強度が高くなりやすいことでノック強度が強ノック回数を超えた回数とシリンダブロック３の浸食量との相関が特に高いため、このようなエンジンに前記の実施形態を適用すれば、エンジン本体１の劣化度をより精度よく推定できる。

また、前記実施形態では、燃焼に伴って生じた筒内圧の増大量の最大値をノック強度として、この筒内圧の増大量の最大値が所定値（強ノック判定値）を超えたと回数を強ノック回数とした場合を説明したが、１燃焼サイクル中の筒内圧の最大値をノック強度とし、この筒内圧の最大値が所定値を超えた回数を強ノック回数としてもよい。また、遅角実施ノック強度を筒内圧の最大値について設定して、筒内圧の最大値と所定値（遅角実施ノック強度）との比較に基づいて点火時期の調整や追加噴射の実施の有無を行うようにしてもよい。また、１燃焼サイクル中の筒内圧の変化速度の最大値をノック強度として、この筒内圧の変化速度の最大値が所定値を超えた回数を強ノック回数とし、筒内圧の変化速度の最大値と所定値（遅角実施ノック強度）との比較に基づいて点火時期の調整や追加噴射の実施の有無を行うようにしてもよい。また、これらノック強度を検出する手段は、筒内圧センサＳＮ３に限らない。例えば、エンジン本体１の振動（例えば振幅）を検出する振動センサを設け、１燃焼サイクル中の振動センサの検出値の最大値をノック強度としてもよい。

１ エンジン本体
２ 気筒
６ 燃焼室
１３ 点火プラグ（第１実施形態の出力調整手段）
１４ インジェクタ（第２実施形態の出力調整手段）
１００ ＥＣＵ（制御手段）
ＳＮ３ 筒内圧センサ（検出手段）

Claims (4)

1. 気筒が形成されたエンジン本体を有するエンジンの制御装置であって、
   前記気筒内で生じたノッキングの強度であるノック強度を検出するノック強度検出手段と、
   エンジンの出力トルクを調整可能な出力調整手段と、
   前記ノック強度検出手段により検出されたノック強度に基づいて前記出力調整手段を制御する制御手段とを備え、
   前記エンジン本体は、前記気筒内の混合気に点火して前記出力調整手段として機能する点火手段を備え、
   前記制御手段は、
   前記ノック強度が所定の第１判定強度よりも大きい第２判定強度以上になった回数である強ノック回数が所定の判定回数以下で、且つ、前記ノック強度が前記第１判定強度よりも大きい場合、前記ノック強度が低下するように前記出力調整手段を制御する第１の制御を実施し、
   前記強ノック回数が前記判定回数よりも大きい場合、前記強ノック回数が前記判定回数以下のときよりもエンジンの最大トルクが低下するように前記出力調整手段を制御する第２の制御を実施し、
   前記第１の制御は、前記ノック強度が前記第１判定強度よりも大きくなると前記点火手段によって混合気に点火が行われる時期である点火時期を遅角させ、前記ノック強度が前記第１判定強度未満になると前記点火時期を進角させる制御であり、
   前記第２の制御は、前記ノック強度が前記第１判定強度よりも小さい第３判定強度よりも大きくなると前記点火手段によって混合気に点火が行われる時期である点火時期を遅角させ、前記ノック強度が前記第３判定強度未満になると前記点火時期を進角させる制御であり、
   前記制御手段は、前記第２の制御の実施時、前記強ノック回数の増大に伴って前記第３判定強度を徐々に小さくする、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
2. 請求項１に記載のエンジンの制御装置において、
   前記制御手段は、エンジン回転数が所定の基準回転数以上且つエンジン負荷が所定の基準負荷以上となる高速高負荷領域でエンジンが運転されているときにのみ、前記第２の制御を実施する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
3. 請求項１または２に記載のエンジンの制御装置において、
   前記制御手段は、前記第２の制御の実施時、前記強ノック回数が前記判定回数よりも大きい第２判定回数よりも大きくなると、前記強ノック回数に関わらず前記第３判定強度を最小の値に維持する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
4. 請求項１～３のいずれか１項に記載のエンジンの制御装置において、
   前記エンジン本体の幾何学的圧縮比は１５以上２５以下に設定されている、ことを特徴とするエンジンの制御装置。

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