JP7352136B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、気筒および気筒内に燃料を供給する燃料供給手段を備えるエンジンの制御装置に関する。

特許文献１に開示されているように、車両等に設けられるエンジンにおいて、気筒内の圧力を検出する圧力センサを設けて、圧力センサにより検出された気筒内の圧力に基づいて気筒内の燃焼が適正であるか否かを判定することが行われている。具体的には、特許文献１のエンジンでは、圧力センサで検出された気筒内の圧力が所定値以上の場合は燃焼騒音が所望のレベルを超えたと判定し、気筒内の混合気に点火を行う時期を遅角させるようにしている。

特開２０１９－３９３８３号公報

気筒内の混合気の燃焼状態に応じて気筒内の圧力は変化する。しかしながら、気筒内の圧力を検出する圧力センサをエンジン本体に取り付けて、単にこの圧力センサで検出された値の最大値に基づいて混合気の燃焼状態を判定する構成では、混合気の燃焼状態を精度よく検出できないおそれがある。つまり、特許文献１の構成では、混合気の燃焼状態の検出精度を高める点において改善の余地がある。

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、気筒内の燃焼状態をより精度よく検出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。

前記の課題について鋭意研究の結果、本願発明者らは、単に圧力センサで検出された値の最大値に基づいて混合気の燃焼状態を判定するとその判定精度が悪くなるのは、混合気の燃焼時に気筒内で空洞共鳴が生じることが原因であることを突き止めた。具体的には、空洞共鳴では、気筒内の一部の領域が圧力波の節になり一部の領域が圧力波の腹となる。そのため、気筒内の圧力を圧力センサで検出する構成では、圧力センサの位置によって検出される圧力値にばらつきが生じる。つまり、圧力センサが圧力波の腹となる位置に配置されている場合は検出される圧力は高くなるが、圧力センサが圧力波の節となる位置に配置されている場合は検出される圧力が低くなる。さらに、エンジンの回転数等によって前記圧力波の腹あるいは節となる位置は変化する。これより、単に圧力センサで検出された値のうちの最大となる値に基づいて混合気の燃焼状態を判定する構成では、筒内圧の最大値を適切に検出できず、混合気の燃焼状態の判定精度が悪くなる。また本願発明者らは、空洞共鳴に伴う圧力波の周波数は所定値よりも高く、この所定値のよりも低い周波数の圧力波では、位置の相違による圧力差が少なくなり気筒内のいずれの位置においても混合気の燃焼状態に応じた圧力が検出されるという知見を得た。

本発明は、前記の知見に基づいてなされたものであり、気筒および気筒内に燃料を供給する燃料供給手段を備えるエンジンの制御装置であって、気筒内の混合気に対して所定の点火時期に点火を行う点火手段と、気筒内の圧力である筒内圧を検出する筒内圧センサと、所定の運転領域において、吸気行程中に気筒内に燃料を噴射する前段噴射と当該前段噴射の後に気筒内に燃料を噴射する後段噴射とを前記燃料供給手段に実施させるとともに、前記点火手段からの点火によって気筒内の混合気の一部が火花点火燃焼するとともに残りの混合気が自着火により燃焼する時期に前記点火手段に点火を行わせる制御手段と、前記所定の運転領域においてエンジンが運転されているときに前記筒内圧センサの検出値に基づいて気筒内の混合気の燃焼が異常であるか否かを判定する異常燃焼判定手段とを備え、前記異常燃焼判定手段は、前記筒内圧センサによって検出された筒内圧波形のうち予め設定された基準周波数以下の周波数成分のスペクトルの値である筒内圧強度が予め設定された判定強度以上の場合は、混合気の燃焼の進行度が過度に速い異常燃焼が生じたと判定するとともに、前記点火時期から、１燃焼サイクル中に気筒に供給される燃料のうち所定の割合の量の燃料の燃焼が完了する時期までの期間である指標期間が所定の判定期間以上であり、且つ、前記筒内圧強度が前記判定強度以上のときは、前記点火時期の変更によって混合気の燃焼の進行度を変更可能な第１の異常燃焼が生じたと判定し、前記指標期間が前記判定期間未満であり、且つ、前記筒内圧強度が前記判定強度以上のときは、前記点火時期の変更によって混合気の燃焼の進行度を変更不能な第２の異常燃焼が生じたと判定し、前記制御手段は、前記異常燃焼判定手段によって前記第２の異常燃焼が生じたと判定されると、前記前段噴射が圧縮行程中に実施され、且つ、前記気筒に供給される燃料の総量に対する前記後段噴射によって気筒内に供給される燃料の量の割合が前記第２の異常燃焼が生じていないと判定されたときよりも多くなるように、前記燃料供給手段を制御するとともに、前記異常燃焼判定手段によって前記第１の異常燃焼が生じたと判定されると、前記点火手段は、混合気に点火を行う時期を遅角する、ことを特徴とするエンジンの制御装置を特徴とする（請求項１）。

この構成では、筒内圧センサによって検出された筒内圧波形のうち予め設定された基準周波数以下の周波数成分のスペクトルの値、つまり、空洞共鳴の影響がほぼ除外された気筒内の圧力波の強度であって、混合気の燃焼のみにほぼ依存する気筒内の圧力強度に基づいて、混合気の燃焼状態が判定される。そのため、筒内圧センサの位置によらず、混合気の燃焼状態を精度よく判定することができる。しかも、混合気の燃焼の進行度が速い場合、具体的には、混合気の燃焼開始時期が早い場合や混合気の燃焼速度が速い場合に気筒内の圧力が高くなるのに対して、この構成では、前記のスペクトルの値である筒内圧強度が所定の判定強度以上の場合に、混合気の燃焼の進行度が過度に速い異常燃焼が生じたと判定している。そのため、混合気の燃焼の進行度が速い異常燃焼が生じたか否かを精度よく判定できる。

また、本発明では、異常燃焼判定手段は、点火時期から、１燃焼サイクル中に気筒に供給される燃料のうち所定の割合の量の燃料の燃焼が完了する時期までの期間である指標期間が所定の判定期間以上であり、且つ、前記筒内圧強度が前記判定強度以上のときは、前記点火時期の変更によって混合気の燃焼の進行度を変更可能な第１の異常燃焼が生じたと判定し、前記指標期間が前記判定期間未満であり、且つ、前記筒内圧強度が前記判定強度以上のときは、前記点火時期の変更によって混合気の燃焼の進行度を変更不能な第２の異常燃焼が生じたと判定する。

そのため、燃焼の進行度が過度に速い異常燃焼を、さらに、点火時期の変更によって混合気の燃焼の進行度を変更可能な第１の異常燃焼と、点火時期の変更によって混合気の燃焼の進行度を変更不能な第２の異常燃焼とに分けて判定することができる。そして、この判定に基づいて各異常燃焼に適した制御をそれぞれ実施することが可能となるので、より確実に混合気の適正な燃焼を実現できる。

また、本発明では、指標期間が判定期間未満であり、且つ、筒内圧強度が判定強度以上であって点火時期の変更によって混合気の燃焼の進行度を変更不能な第２の異常燃焼が生じた場合に、燃料の噴射時期が遅角される。燃料の噴射時期が遅角されると、燃料と空気の混合が開始されてから圧縮上死点付近までの時間が短くなることで、圧縮上死点付近における燃料と空気の反応の進行度は遅くなる。また、燃料の噴射時期が遅角されると、圧縮上死点により近いタイミングで燃料の気化潜熱によって混合気の温度が効果的に低減される。そのため、点火時期の変更によって混合気の燃焼の進行度を変更できない第２の異常燃焼が生じた場合であっても、圧縮上死点付近における混合気の燃焼の進行度を遅くして、適正な燃焼を実現できる。

また、本発明によれば、指標期間が判定期間以上であり、且つ、筒内圧強度が判定強度以上であって点火時期の変更によって混合気の燃焼の進行度を変更可能な第１の異常燃焼が生じた場合に、点火時期が遅角されることで、混合気の燃焼の開始時期を遅らせることができ、混合気の燃焼速度およびその進行度を遅くできる。

前記構成において、好ましくは、前記異常燃焼判定手段は、前記筒内圧センサによって検出された筒内圧波形から前記基準周波数以下且つ所定の第２基準周波数以上の周波数成分を抽出するフィルタ部と、当該フィルタ部によって抽出された成分の強度を前記筒内圧強度として算出する強度算出部とを備え、当該強度算出部で算出された前記筒内圧強度が前記判定強度以上の場合に前記異常燃焼が生じたと判定する（請求項２）。

この構成によれば、基準周波数よりも高い周波数の圧力波および第２基準周波数未満の周波数の圧力波がフィルタ部によって除外された後の圧力波についてのみ強度つまりスペクトルの算出が行われる。そのため、より容易に、前記の筒内圧強度の算出および異常燃焼が生じたか否かの判定を行うことができる。

前記構成において、好ましくは、気筒内に導入される空気の量を変更可能な空気量変更手段を備え、前記異常燃焼判定手段によって前記第２の異常燃焼が生じたと判定されたとき、前記空気量変更手段は気筒内に導入される空気の量を低減する（請求項３）。

この構成によれば、点火時期の変更によって混合気の燃焼の進行度を変更できない第２の異常燃焼が生じた場合であっても、空気量が低減されることで、燃料と空気の反応を抑制して混合気の燃焼の進行度を遅くすることができ、その後の混合気の燃焼を適正にできる。

前記構成において、前記異常燃焼判定手段は、１の気筒において前記筒内圧強度が前記判定強度以上となり且つ前記指標期間が前記判定期間未満となる燃焼サイクルが所定の回数以上連続したときに、前記第１の異常燃焼が生じたと判定するのが好ましい（請求項４）。

この構成によれば、第１の異常燃焼の発生が誤検出されるのを防止できる。

以上説明したように、本発明のエンジンの制御装置によれば、気筒内の燃焼状態をより精度よく検出できる。

本発明の一実施形態に係るエンジンの全体構成を概略的に示すシステム図である。 エンジンの制御系統を示すブロック図である。 エンジンの運転領域を運転モードの相違により区分けしたマップ図である。 ＳＰＣＣＩ燃焼時の熱発生率および熱発生量の波形を示すグラフである。 第２運転領域での通常制御時の燃料の噴射パターンと熱発生率の波形を示した図である。 （ａ）は音の周波数とスペクトルの関係示したグラフであり、（ｂ）は筒内圧の周波数とスペクトルの関係を示したグラフである。 空洞共鳴によって燃焼室に生成された７ｋＨｚの筒内圧のスペクトルの分布を模式的に示した図であり、（ａ）、（ｂ）はそれぞれ異なるタイミングでの燃焼室内の様子を示した図である。 異常燃焼判定の流れを示したブロック図である。 減衰フィルタの例を示した図である。 熱発生率のクランク角に対する変化を示した図である。 異常燃焼判定の流れを説明するためのマップである。 異常燃焼判定の流れを示したフローチャートである。 プリイグ判定時の燃料の噴射パターンと熱発生率の波形を示した図である。 前段噴射と後段噴射の開始時期とエンジン回転数との関係を、通常制御時とプリイグ判定時とで比較して示した図である。 後段噴射の噴射量の割合とエンジン回転数との関係を、通常制御時とプリイグ判定時とで比較して示した図である。 混合気の温度および混合気の当量比と混合気の自着火のしやすさとの関係を示した図である。 プリイグ発生時の燃料噴霧の様子を示した図であり、（ａ）は前段噴射の実施直後の図、（ｂ）は圧縮上死点付近の図である。 燃焼室６内に存在する各温度と各空燃比の混合気の分布を示した図であり、（ａ）は後段噴射の割合が５％のときの図、（ｂ）は後段噴射の割合が３０％のときの図である。 吸気量低減制御実施時の最大筒内圧強度とスロットル開度の低減量との関係を示したグラフである。 異常燃焼回避制御の流れを示したフローチャートである。

（１）エンジンの全体構成
図１は、本発明のエンジンの制御方法および制御装置が適用されたエンジンの全体構成を概略的に示したシステム図である。本図に示されるエンジンシステムは、車両に搭載されており、走行用の動力源となるエンジン本体１を備える。本実施形態では、エンジン本体１として、４サイクルのガソリン直噴エンジンが用いられている。エンジンシステムは、エンジン本体１に加えて、エンジン本体１に導入される吸気が流通する吸気通路３０と、エンジン本体１から排出される排気が流通する排気通路４０と、排気通路４０を流通する排気の一部を吸気通路３０に還流するＥＧＲ装置５０を備えている。

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、気筒２を上から閉塞するようにシリンダブロック３の上面に取り付けられたシリンダヘッド４と、気筒２にそれぞれ往復摺動可能に挿入されたピストン５とを有している。エンジン本体１は、複数の気筒２（例えば、図１の紙面と直交する方向に並ぶ４つの気筒２）を有する多気筒型のものであるが、ここでは簡略化のため、１つの気筒２のみに着目して説明を進める。

ピストン５の上方には燃焼室６が画成されており、燃焼室６には、ガソリンを主成分とする燃料が、後述するインジェクタ１５からの噴射によって供給される。そして、供給された燃料が燃焼室６で空気と混合されつつ燃焼し、その燃焼による膨張力で押し下げられたピストン５が上下方向に往復運動する。なお、燃焼室６に噴射される燃料には、主成分としてガソリンを含有したものが用いられる。この燃料には、ガソリンに加えてバイオエタノール等の副成分が含まれてもよい。インジェクタ１５は、１燃焼サイクル中に複数回にわけて燃料を噴射できるように構成されている。本実施形態では、インジェクタ１５が請求項の「燃料供給手段」に相当する。

ピストン５の下方には、エンジン本体１の出力軸であるクランク軸７が設けられている。クランク軸７は、ピストン５とコネクティングロッド８を介して連結され、ピストン５の往復運動（上下運動）に応じて中心軸回りに回転駆動される。

気筒２の幾何学的圧縮比、つまりピストン５が上死点にあるときの燃焼室６の容積とピストン５が下死点にあるときの燃焼室６の容積との比は、後述するＳＰＣＣＩ燃焼（部分圧縮着火燃焼）に好適な値として、１３以上３０以下に設定される。

シリンダブロック３には、クランク軸７の回転角度（クランク角）およびクランク軸７の回転数（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、シリンダブロック３には、シリンダブロック３に形成されたウォータジャケットを流通してエンジン本体１を冷却するためのエンジン冷却水の温度つまりエンジン水温を検出するエンジン水温センサＳＮ２が設けられている。

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。なお、当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。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１８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。

吸気弁１１および排気弁１２は、シリンダヘッド４に配設された一対のカム軸等を含む動弁機構１３、１４により、クランク軸７の回転に連動して開閉駆動される。

吸気弁１１用の動弁機構１３には、吸気弁１１の少なくとも開時期を変更可能な吸気ＶＶＴ１３ａが内蔵されている。同様に、排気弁１２用の動弁機構１４には、排気弁１２の少なくとも閉時期を変更可能な排気ＶＶＴ１４ａが内蔵されている。

本実施形態では、吸気ＶＶＴ１３ａおよび排気ＶＶＴ１４ａの制御により、排気弁１２の閉弁時期が吸気弁１１の開弁時期よりも遅角側の時期となって吸気弁１１および排気弁１２がともに所定の期間開弁するバルブオーバーラップが実現されるようになっている。また、吸気ＶＶＴ１３ａおよび排気ＶＶＴ１４ａの制御により、吸気弁１１と排気弁１２の双方が開弁する期間であるバルブオーバーラップ期間が変更されるようになっている。吸気弁１１と排気弁１２とがバルブオーバーラップするように駆動されると、燃焼室６から吸気通路３０と排気通路４０の少なくとも一方に既燃ガスが排出された後、この既燃ガスが再び燃焼室６に導入される内部ＥＧＲが行われる。これにより、燃焼室６に既燃ガス（内部ＥＧＲガス）が残留することになる。燃焼室６に残留する既燃ガスである内部ＥＧＲガスの量は、バルブオーバーラップ期間によって変化し、前記のバルブオーバーラップ期間の調整によって内部ＥＧＲガスの量が調整される。なお、吸気ＶＶＴ１３ａ（排気ＶＶＴ１４ａ）は、吸気弁１１（排気弁１２）の開時期（閉時期）を固定したまま閉時期（開時期）のみを変更するタイプの可変機構であってもよいし、吸気弁１１（排気弁１２）の開時期および閉時期を同時に変更する位相式の可変機構であってもよい。

シリンダヘッド４には、燃焼室６に燃料（主にガソリン）を噴射するインジェクタ１５と、インジェクタ１５から燃焼室６に噴射された燃料と燃焼室６に導入された空気との混合気に点火する点火プラグ１６とが設けられている。シリンダヘッド４には、さらに、燃焼室６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。前記の点火プラグ１６は、請求項の「点火手段」に相当する。

インジェクタ１５は、その先端部に複数の噴孔を有した多噴孔型のインジェクタであり、当該複数の噴孔から放射状に燃料を噴射することが可能である。インジェクタ１５は、その先端部がピストン５の冠面の中心部と対向するように設けられている。なお、本実施形態では、ピストン５の冠面に、その中央部を含む領域をシリンダヘッド４とは反対側（下方）に凹陥させたキャビティが形成されている。

点火プラグ１６は、インジェクタ１５に対し吸気側に幾分ずれた位置に配置されている。

吸気通路３０は、吸気ポート９と連通するようにシリンダヘッド４の一側面に接続されている。吸気通路３０の上流端から取り込まれた空気（吸気、新気）は、吸気通路３０および吸気ポート９を通じて燃焼室６に導入される。

吸気通路３０には、その上流側から順に、燃焼室６（気筒２）に導入される吸気（空気）に含まれる異物を除去するエアクリーナ３１と、スロットル弁３２と、吸気を圧縮しつつ送り出す過給機３３と、過給機３３により圧縮された吸気を冷却するインタークーラ３５と、サージタンク３６とが設けられている。スロットル弁３２は、スロットル弁３２は、吸気通路３０を開閉する開閉弁であり、スロットル弁３２の開度によって燃焼室６（気筒２）に導入される空気の量が変更される。本実施形態では、このスロットル弁３２が、請求項の「空気量変更手段」に相当する。

吸気通路３０の各部には、吸気の流量である吸気量を検出するエアフローセンサＳＮ４と、吸気の温度である吸気温を検出する吸気温センサＳＮ５とが設けられている。エアフローセンサＳＮ４は、吸気通路３０におけるエアクリーナ３１とスロットル弁３２との間の部分に設けられ、当該部分を通過する吸気の流量を検出する。吸気温センサＳＮ５は、サージタンク３６に設けられ、当該サージタンク３６内の吸気の温度を検出する。

過給機３３は、エンジン本体１と機械的に連係された機械式の過給機（スーパーチャージャ）である。過給機３３の具体的な形式は特に問わないが、例えばリショルム式、ルーツ式、または遠心式といった公知の過給機のいずれかを過給機３３として用いることができる。

過給機３３とエンジン本体１との間には、締結と解放を電気的に切り替えることが可能な電磁クラッチ３４が介設されている。電磁クラッチ３４が締結されると、エンジン本体１から過給機３３に駆動力が伝達されて、過給機３３による過給が行われる。一方、電磁クラッチ３４が解放されると、前記駆動力の伝達が遮断されて、過給機３３による過給が停止される。

吸気通路３０には、過給機３３をバイパスするためのバイパス通路３８が設けられている。バイパス通路３８は、サージタンク３６と後述するＥＧＲ通路５１とを互いに接続している。バイパス通路３８には開閉可能なバイパス弁３９が設けられている。バイパス弁３９は、サージタンク３６に導入される吸気の圧力つまり過給圧を調整するための弁である。例えば、バイパス弁３９の開度が大きくなるほど、バイパス通路３８を通過する吸気の流量が多くなる結果、過給圧は低くなる。

排気通路４０は、排気ポート１０と連通するようにシリンダヘッド４の他側面に接続されている。燃焼室６で生成された既燃ガス（排気）は、排気ポート１０および排気通路４０を通じて外部に排出される。

排気通路４０には触媒コンバータ４１が設けられている。触媒コンバータ４１には、排気に含まれる有害成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）を浄化するための三元触媒４１ａと、排気中に含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集するためのＧＰＦ（ガソリン・パティキュレート・フィルタ）４１ｂとが、この順で上流側から内蔵されている。なお、触媒コンバータ４１の下流側に、三元触媒やＮＯｘ触媒等の適宜の触媒を内蔵した別の触媒コンバータを追加してもよい。

ＥＧＲ装置５０は、排気通路４０と吸気通路３０とを接続するＥＧＲ通路５１と、ＥＧＲ通路５１に設けられたＥＧＲクーラ５２およびＥＧＲ弁５３とを有している。ＥＧＲ通路５１は、排気通路４０における触媒コンバータ４１よりも下流側の部分と、吸気通路３０におけるスロットル弁３２と過給機３３との間の部分とを互いに接続している。ＥＧＲクーラ５２は、ＥＧＲ通路５１を通じて排気通路４０から吸気通路３０に還流される排気（外部ＥＧＲガス）を熱交換により冷却する。ＥＧＲ弁５３は、ＥＧＲクーラ５２よりも下流側（吸気通路３０に近い側）のＥＧＲ通路５１に開閉可能に設けられ、ＥＧＲ通路５１を流通する排気の流量を調整する。

ＥＧＲ通路５１には、ＥＧＲ弁５３の上流側の圧力と下流側の圧力との差を検出するための差圧センサＳＮ７が設けられている。

（２）制御系統
図２は、エンジンの制御系統を示すブロック図である。本図に示されるＥＣＵ１００は、エンジンを統括的に制御するためのマイクロプロセッサであり、周知のＣＰＵ１５０、メモリ１６０（ＲＯＭ、ＲＡＭ）等から構成されている。

ＥＣＵ１００には各種センサによる検出信号が入力される。例えば、ＥＣＵ１００は、前述したクランク角センサＳＮ１、エンジン水温センサＳＮ２、筒内圧センサＳＮ３、エアフローセンサＳＮ４、吸気温センサＳＮ５、差圧センサＳＮ７と電気的に接続されており、これらのセンサによって検出された情報（つまりクランク角、エンジン回転数、エンジン水温、筒内圧、吸気量、吸気温、ＥＧＲ弁５３の前後差圧）がＥＣＵ１００に逐次入力されるようになっている。

また、車両には、当該車両を運転するドライバーにより操作されるアクセルペダルの開度を検出するアクセルセンサＳＮ８が設けられており、このアクセルセンサＳＮ８による検出信号もＥＣＵ１００に入力される。

ＥＣＵ１００は、前記各センサからの入力信号に基づいて種々の判定や演算等を実行しつつエンジンの各部を制御する。すなわち、ＥＣＵ１００は、吸気ＶＶＴ１３ａ、排気ＶＶＴ１４ａ、インジェクタ１５、点火プラグ１６、スワール弁１８、スロットル弁３２、電磁クラッチ３４、バイパス弁３９、およびＥＧＲ弁５３等と電気的に接続されており、前記演算の結果等に基づいてこれらの機器にそれぞれ制御用の信号を出力する。

ＥＣＵ１００は、機能的に異常燃焼判定部１１０と、異常燃焼回避制御部１２０とを備える。この異常燃焼判定部１１０は請求項の「異常燃焼判定手段」に相当する。

（３）基本制御
図３は、エンジン回転数とエンジン負荷とに応じた運転モードの相違を説明するためのマップ図である。本図に示すように、エンジンの運転領域は、３つの運転領域、第１運転領域Ａと第２運転領域Ｂと第３運転領域Ｃとに大別される。

第３運転領域Ｃは、エンジン回転数が所定のＳＩ実施回転数Ｎ１以上の領域である。第
１運転領域Ａは、エンジン回転数がＳＩ実施回転数Ｎ１未満の領域のうちエンジン負荷が所定の切替負荷Ｔ１未満の領域である。第２運転領域Ｂは、第１運転領域Ａと第３運転領域Ｃ以外の残余の領域であり、エンジン回転数がＳＩ実施回転数Ｎ１未満の領域のうちエンジン負荷が所定の切替負荷Ｔ１以上の領域である。

第１運転領域Ａおよび第２運転領域Ｂでは、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とをミックスした圧縮着火燃焼（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、火花点火燃焼であって、点火プラグ１６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る。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。

図４は、ＳＰＣＣＩ燃焼が起きたときのクランク角に対する熱発生率（Ｊ／ｄｅｇ）の変化と熱発生量の変化とを示したグラフである。ＳＰＣＣＩ燃焼では、ＳＩ燃焼時の熱発生がＣＩ燃焼時の熱発生よりも穏やかになる。例えば、ＳＰＣＣＩ燃焼が行われたときの熱発生率の波形は、図４に示すように、立ち上がりの傾きが相対的に小さくなる。また、燃焼室６における圧力変動（つまりｄＰ／ｄθ：Ｐは筒内圧 θはクランク角度）も、ＳＩ燃焼時はＣＩ燃焼時よりも穏やかになる。言い換えると、ＳＰＣＣＩ燃焼時の熱発生率の波形は、ＳＩ燃焼によって形成された相対的に立ち上がりの傾きが小さい第１熱発生率部（Ｍ１で示した部分）と、ＣＩ燃焼によって形成された相対的に立ち上がりの傾きが大きい第２熱発生部（Ｍ２で示した部分）とが、この順に連続するように形成される。

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。図４に例示するように、この自着火のタイミング（つまりＣＩ燃焼が開始するタイミング）で、熱発生率の波形の傾きが小から大へと変化する。すなわち、ＳＰＣＣＩ燃焼における熱発生率の波形は、ＣＩ燃焼が開始するタイミングで現れる変曲点（図４のＸ）を有している。

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。ＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼よりも熱発生が大きいため、熱発生率は相対的に大きくなる。ただし、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結果、ＣＩ燃焼時のｄＰ／ｄθが過大になることが回避される。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。

ＣＩ燃焼の終了に伴いＳＰＣＣＩ燃焼も終了する。ＣＩ燃焼はＳＩ燃焼に比べて燃焼速度が速いので、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。

（ａ）第１運転領域Ａ
第１運転領域Ａでは、燃費性能を高めるために、燃焼室６内の空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比よりも高く（リーンに）されつつＳＰＣＣＩ燃焼が実施される。第１運転領域Ａでは、燃焼室６内で生成されるＮＯｘであるｒａｗＮＯｘの量が十分に小さくなる程度にまで燃焼室６内の空燃比が高くされる。例えば、第１運転領域Ａにおいて燃焼室６内の空燃比は３０程度とされる。

第１運転領域Ａでは、前記の燃焼が実現されるようにエンジンの各部が次のように駆動される。

第１運転領域Ａでは、インジェクタ１５は、燃焼室６内の空燃比（Ａ／Ｆ）が前記のように理論空燃比よりも高くなるような量の燃料を燃焼室６に噴射する。本実施形態では、１燃焼サイクル中に燃焼室６に供給すべき燃料のほぼ全量が吸気行程中に燃焼室６に噴射されるように、インジェクタ１５が駆動される。例えば、第１運転領域Ａでは、吸気行程中に大半の燃料が噴射され、圧縮行程中に２回に分けて残りの燃料が噴射される。

第１運転領域Ａでは、点火プラグ１６は、圧縮上死点付近で混合気に点火する。この点火をきっかけにＳＰＣＣＩ燃焼が開始され、燃焼室６内の一部の混合気が火炎伝播により燃焼（ＳＩ燃焼）し、その後に残りの混合気が自着火により燃焼（ＣＩ燃焼）する。なお、混合気を活性化させるために、圧縮上死点付近で実施する点火よりも前に追加で点火を行ってもよい。

第１運転領域Ａでは、スロットル弁３２の開度は全開または全開に近い開度とされる。

第１運転領域Ａでは、ＥＧＲ弁５３は全閉とされて、燃焼室６に導入される外部ＥＧＲガスの量がゼロとされる。

内部ＥＧＲが実行されて燃焼室６に高温の既燃ガスが残留すれば、混合気の温度が高められることで混合気を適切にＣＩ燃焼させることができる。これより、第１運転領域Ａでは、吸気ＶＶＴ１３ａおよび排気ＶＶＴ１４ａは、吸気弁１１と排気弁１２をこれらがバルブオーバーラップするように駆動する。本実施形態では、吸気弁１１と排気弁１２とが、排気上死点を跨いで所定期間開弁するように駆動される。

第１運転領域Ａでは、スワール弁１８は全閉もしくは全閉に近い低開度まで閉じられる。

第１運転領域Ａでは、過給機３３の駆動は停止される。すなわち、電磁クラッチ３４が解放されて過給機３３とエンジン本体１との連結が解除されるとともに、バイパス弁３９が全開とされることにより、過給機３３による過給が停止される。

（ｂ）第２運転領域
エンジン負荷が高い領域では、燃焼室６内に供給される燃料の量が多いことで混合気の空燃比を高く（リーンに）するのが困難になる。これより、第１運転領域Ａよりもエンジン負荷が高い第２運転領域Ｂでは、燃焼室６内の空燃比を理論空燃比以下としつつ混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させる。本実施形態では、第２運転領域Ｂにおいて、混合気の空燃比はほぼ理論空燃比とされる。

第２運転領域Ｂでは、スロットル弁３２の開度は、後述する異常燃焼回避制御の実施時を除き、基本的に、エンジン負荷に対応した空気量が燃焼室６に導入されるように設定される。

第２運転領域Ｂでは、インジェクタ１５は、前記のように空燃比が理論空燃比となるような量の燃料を燃焼室６に噴射する。本実施形態では、後述する異常燃焼回避制御の実施時を除き、基本的に、第１運転領域Ａと同様に、インジェクタ１５は、１燃焼サイクル中に燃焼室６内に噴射すべき燃料の大半を吸気行程中に噴射し、残りの燃料を吸気行程の後半から圧縮行程の前半にかけて噴射する。例えば、第２運転領域Ｂでは、図５に示すように、吸気行程の中央付近（圧縮上死点前３００°ＣＡ等）で１回目の燃料噴射（Ｑ１）が開始され、吸気下死点ＢＤＣ（圧縮上死点前１８０°ＣＡ）で２回目の燃料噴射（Ｑ２）が開始される。２回目の燃料噴射の噴射量（２回目にインジェクタ１５から噴射される燃料の質量）は、１回目の燃料噴射の噴射量（１回目にインジェクタ１５から噴射される燃料の質量）よりも少ない。例えば、１燃焼サイクル中に燃焼室６に噴射される燃料の総量に対する２回目の燃料噴射の噴射量の割合は、１０％程度とされる。以下では、前記のようにインジェクタ１５が２回に分けて燃料を噴射する場合において、１回目の燃料噴射を前段噴射といい、２回目の燃料噴射を後段噴射という。

第２運転領域Ｂでも、点火プラグ１６は、圧縮上死点付近で混合気に点火する。第２運転領域Ｂにおいても、この点火をきっかけにＳＰＣＣＩ燃焼が開始され、燃焼室６内の一部の混合気が火炎伝播により燃焼（ＳＩ燃焼）し、その後に残りの混合気が自着火により燃焼（ＣＩ燃焼）する。

第２運転領域Ｂでは、燃焼室６で生成されるＮＯｘを低減するべく、ＥＧＲ弁５３が開かれて外部ＥＧＲガスが燃焼室６に導入される。ただし、エンジン負荷が高いときは多量の空気を燃焼室６に導入せねばならないため、外部ＥＧＲガスの燃焼室６への導入量を低減する必要がある。これより、第２運転領域Ｂでは、燃焼室６に導入される外部ＥＧＲガスの量が高負荷側ほど少なくなるようにＥＧＲ弁５３の開度が制御され、エンジン負荷が最大となる領域ではＥＧＲ弁５３は全閉にされる。

第２運転領域Ｂでも、吸気ＶＶＴ１３ａおよび排気ＶＶＴ１４ａは、吸気弁１１と排気弁１２を、これら吸気弁１１と排気弁１２とがバルブオーバーラップするように駆動する。

第２運転領域Ｂでは、スワール弁１８は、全閉／全開を除いた適宜の中間開度まで開かれ、その開度は、エンジン負荷が高いほど大きくされる。

過給機３３は、第２運転領域Ｂのうちエンジン回転数およびエンジン負荷がともに低い側では、停止される。一方、第２運転領域Ｂのその他の領域では、過給機３３は稼働される。すなわち、電磁クラッチ３４が締結されて過給機３３とエンジン本体１とが連結される。このとき、サージタンク３６内の圧力（過給圧）が、運転条件（回転数／負荷）ごとに予め定められた目標圧力に一致するように、バイパス弁３９の開度が制御される。

（ｃ）第３運転領域
第３運転領域Ｃでは、比較的オーソドックスなＳＩ燃焼が実行される。このＳＩ燃焼の実現のために、第３運転領域Ｃでは、インジェクタ１５は、少なくとも吸気行程と重複する所定の期間にわたって燃料を噴射する。点火プラグ１６は、圧縮上死点付近で混合気に点火する。第３運転領域Ｃでは、この点火をきっかけにＳＩ燃焼が開始され、燃焼室６内の混合気の全てが火炎伝播により燃焼する。

第３運転領域Ｃでは、過給機３３は稼働される。スロットル弁３２は全開とされる。ＥＧＲ弁５３は、燃焼室６内の空燃比が理論空燃比以下となるようにその開度が制御される。例えば、第３運転領域Ｃでは、燃焼室６内の空燃比が理論空燃比もしくはこれよりやや
小さくなるようにＥＧＲ弁５３の開度が制御される。第３運転領域Ｃでは、スワール弁１８は全開とされる。

（４）異常燃焼対策
第２運転領域Ｂでは、ＳＰＣＣＩ燃焼が実施され、且つ、エンジン負荷が高いために、燃焼室６内の温度等が所望のレベルからずれたときに、筒内圧が所定の範囲を超えて急上昇するおそれがある。具体的には、燃焼室６内の温度が高い場合や混合気の空燃比が高い場合には、空気と燃料との混合および反応が促進されることで燃焼の進行度が速くなる。つまり、燃焼が早期に開始したり燃焼速度が速くなる。燃焼の進行度が過度に速くなると、点火プラグ１６による点火よりも前あるいは点火直後といった早いタイミングであって圧縮上死点近傍のタイミングで混合気が自着火を開始したり、自着火後の混合気の燃焼速度が過度に速くなり、筒内圧が急上昇する。

筒内圧が急上昇すると燃焼騒音が増大してしまう。そこで、本実施形態では、第２運転領域Ｂにおいて、燃焼の進行度が過度に速くて燃焼騒音が所望のレベルを超えるような異常燃焼が生じたか否かを判定する。そして、このような異常燃焼が生じた場合には、これが連続して生じるのを回避するための制御を実施する。

（４－１）異常燃焼判定
筒内圧の大小は筒内圧センサＳＮ３により検出することができる。しかしながら、本願発明者らは、単に筒内圧センサＳＮ３で検出された値の最大値が所定値よりも高い場合に騒音が所望のレベルを超えるような異常燃焼が生じたと判定する構成では、混合気の燃焼時に気筒内で生じる空洞共鳴に起因して判定精度が十分に確保されないことを突き止めた。

図６（ａ）は、エンジンの運転条件が互いに異なる第１条件と第２条件とにおいてエンジン本体１を稼働させたときに、エンジン本体１の周囲でマイクによって集音した音を周波数分析した結果である。図６（ｂ）は、図６（ａ）と同じときに筒内圧センサで検出された筒内圧を周波数分析した結果である。図６（ａ）、図６（ｂ）において、横軸は周波数、縦軸はスペクトルであり、実線は第１条件での結果、破線は第２条件での結果である。

図６（ａ）に示すように、第１条件での音のスペクトルは第２条件での音のスペクトルよりも大きく、第１条件の方が騒音は大きい。これに対して、図６（ｂ）に示すように、周波数が４ｋＨｚよりも低い領域では第１条件の方が第２条件よりも明確に筒内圧のスペクトルが大きくなるものの、周波数が４ｋＨｚ以上の領域では、一部の周波数を除き第１条件と第２条件とで筒内圧のスペクトルに差が見られなくなる。このように、低周波数成分の筒内圧のスペクトルつまり筒内圧の強度・大きさと騒音との相関は高いが、高周波数成分の筒内圧のスペクトルつまり筒内圧の強度・大きさと騒音との相関は小さい。

筒内圧の波形のうち高周波の成分は、燃焼室６内での空洞共鳴によって生成される波である。そのため、高周波数成分の筒内圧の圧力波については、燃焼室６内に節となる領域と腹となる領域が形成されることになる。

図７（ａ）、（ｂ）は、燃焼室６の概略断面図であって、空洞共鳴によって生成された７ｋＨｚの筒内圧のスペクトルの分布を模式的に示した図である。図７（ａ）と図７（ｂ）とには、燃焼中の所定のタイミングであって互いに異なるタイミングでの分布が示されている。図７（ａ）、（ｂ）の例では、これら図の左右中央の部分Ｇ１が７ｋＨｚの圧力波の節となり、燃焼室６のうち図７（ａ）、（ｂ）の右端部Ｇ３および左端部Ｇ２がそれぞれ７ｋＨｚの圧力波の腹となる。これより、図７（ａ）に示すように所定のタイミング
では、燃焼室６の左端部Ｇ２のスペクトルは最大になり、右端部Ｇ３のスペクトルは最小になるが、図７（ｂ）に示すようにこの所定のタイミングからずれたタイミングでは、燃焼室６の左端部Ｇ２のスペクトルが最小になり、燃焼室６の右端部Ｇ３のスペクトルが最大になる。このように、燃焼室６の位置によって、得られる高周波数成分の筒内圧のスペクトルは大きく変化し、高周波数成分の筒内圧のスペクトルは、これを算出するのに用いた筒内圧を検出した位置であって筒内圧センサの設置位置によって大きく変化することになる。しかも、同じ周波数成分であっても、エンジンの回転数等によって圧力波の節および腹となる位置は変化する。

このようにして、前記のように、高周波数成分の筒内圧のスペクトルつまり筒内圧の強度・大きさと騒音との相関が確保されないという現象が起こり、騒音が過大になるような異常燃焼が生じたか否かを単に筒内圧の最大値で判定する構成では、判定精度が低くなる。

これに対して、低周波数成分の筒内圧の圧力波は空洞共鳴の影響をほとんど受けないので、筒内圧センサの設置位置によらず筒内圧の平均的な大きさを検出できる。これより、前記のように低周波数成分の筒内圧のスペクトルと騒音との相関は高くなる。

前記の知見に基づき、本実施形態では、筒内圧センサＳＮ３で検出された筒内圧のうち低周波数成分のみを用いて異常燃焼が生じたか否かを判定する。

異常燃焼が生じたか否かの判定は異常燃焼判定部１１０にて実施される。図８は、異常燃焼判定部１１０で実施される異常燃焼判定の流れを示したブロック図である。異常燃焼判定部１１０は、機能的に、バンドパスフィルタ部１１１と、スペクトル算出部１１２と、減衰フィルタ部１１３と、最大筒内圧強度算出部１１４と、比較判定部１１５と、燃焼重心時期算出部１１６と、指標期間算出部１１７とを備える。

前記のバンドパスフィルタ部１１１は請求項の「フィルタ部」に相当し、最大筒内圧強度算出部１１４は請求項の「強度算出部」に相当し、比較判定部１１５は請求項の「判定部」に相当する。

バンドパスフィルタ部１１１は、筒内圧センサＳＮ３で検出された筒内圧のうち低周波数成分のみを抽出する。本実施形態では、筒内圧センサＳＮ３で検出された筒内圧のうち第１周波数以下且つ第２周波数以上の周波数成分のみを抽出する。第１周波数は、空洞共鳴の影響を受けない筒内圧の周波数の最大値付近に設定されている。第２周波数は、燃焼に起因しない筒内圧つまりピストン５の往復動に伴って生じる筒内圧の波形の周波数の最大値付近の値に設定されている。例えば、第１周波数は４ｋＨｚに設定され、第２周波数は１ｋＨｚに設定される。なお、４ｋＨｚよりも高い周波数の音は比較的人の耳に感知されにくい。そのため、第１周波数を４ｋＨｚに設定した場合には、人が感知する騒音と筒内圧のレベルとの相関を確保できる。前記の第１周波数は請求項の「基準周波数」に相当し、前記の第２周波数は請求項の「第２基準周波数」に相当する。

スペクトル算出部１１２は、バンドパスフィルタ部１１１で抽出された筒内圧の低周波数成分をフーリエ解析して各周波数（第２周波数から第１周波数までの範囲で）のスペクトルを算出する。なお、スペクトル算出部１１２でフーリエ解析する前に、バンドパスフィルタ部１１１で抽出された筒内圧の低周波数成分から点火プラグ１６の駆動に伴って生じた圧力変化つまり点火ノイズを除去する処理を行うようにしてもよい。

減衰フィルタ部１１３は、スペクトル算出部１１２で算出されたスペクトルに減衰フィルタをかける。つまり、燃焼室６内で生じた圧力波の一部はシリンダブロック３等で減衰
され、エンジン本体１の外部に騒音として伝えられる音のレベルは低減する。減衰フィルタ部１１３は、スペクトル算出部１１２で算出されたスペクトルに対して、このような減衰を模擬した減衰フィルタをかける。本実施形態では、減衰フィルタ部１１３は、スペクトル算出部１１２で算出された各周波数のスペクトルから、図９のように各周波数についてそれぞれ設定された減衰量を差し引く。具体的には、図９の減衰フィルタは、第１周波数に向かって周波数が高くなるほど減衰量が小さくなるように設定されており、スペクトル算出部１１２で算出された各周波数のスペクトルは、周波数が高いほど小さい値が差し引かれることになる。

最大筒内圧強度算出部１１４は、減衰フィルタ部１１３で処理された後の第２周波数から第１周波数まで（第２周波数以上且つ第１周波数以下）の筒内圧波形のスペクトルの最大値を、最大筒内圧強度ＣＰＬＦとして算出する。本実施形態では、減衰フィルタ部１１３で処理された後の筒内圧のスペクトルを１／３オクターブバンド化処理し、各帯域のスペクトルを算出した後、全帯域のスペクトルのうちの最大値を抽出する。１／３オクターブバンド化処理とは、周波数スペクトルの各オクターブ領域（ある周波数からその２倍の周波数までの領域）をそれぞれ３分割し、各分割帯域の筒内圧レベルを算出する処理のことである。例えば、１／３オクターブバンド化処理によって、１ｋＨｚ、１．２５ｋＨｚ、１．６ｋＨｚ、２ｋＨｚ、２．５ｋＨｚ、３．１５ｋＨｚ、４ｋＨｚをそれぞれ中心周波数とする各帯域のスペクトルが特定される。このようにして、本実施形態では、シリンダブロック３等によって減衰された後の低周波数成分の筒内圧のスペクトルの最大値が算出される。なお、前記の最大筒内圧強度ＣＰＬＦは、請求項の「筒内圧強度」に相当する。

比較判定部１１５は、最大筒内圧強度算出部１１４で算出された最大筒内圧強度ＣＰＬＦと予め設定された判定強度とを比較する。そして、比較判定部１１５は、最大筒内圧強度ＣＰＬＦが判定強度を超えると、燃焼の進行度が過度に速くて燃焼騒音が所望のレベルを超える異常燃焼が生じたと判定する。このような異常燃焼が生じるときの最大筒内圧強度ＣＰＬＦは、８０ｄＢ以上であることが分かっている。これより、判定強度は８０ｄＢに設定される。換言すると、本実施形態では、最大筒内圧強度ＣＰＬＦが８０ｄＢ未満の燃焼は正常な燃焼であると定義され、最大筒内圧強度ＣＰＬＦが８０ｄＢ以上となる燃焼が異常燃焼であると定義される。

図１０は、正常な燃焼が実現されたときの熱発生率（実線）と、最大筒内圧強度ＣＰＬＦが８０ｄＢ以上となる異常燃焼が生じたときの熱発生率（破線、鎖線）とを比較して示している。図１０に示されるように、異常燃焼では正常な燃焼に比べて燃焼が早くに開始するとともに速くに進行する。ただし、同じように最大筒内圧強度ＣＰＬＦが８０ｄＢ以上となる場合であっても、図１０の破線と鎖線のように、熱発生率が急激に立ち上がる時期つまりＣＩ燃焼が開始する時期は一定ではない。

破線で示したようなＣＩ燃焼が開始する時期が比較的遅い燃焼では、点火時期の変更によって混合気の燃焼の進行度を遅くすることができる。具体的には、点火時期を遅角させて膨張行程のより遅い時期に主たる燃焼を生じさせることで、燃焼速度を遅くすることができる。一方、鎖線で示したようなＣＩ燃焼が開始する時期が比較的早い燃焼では、点火時期を変更しても混合気の燃焼の進行度を変更することができない。つまり、鎖線で示したような燃焼では、点火時期に至るまでに燃料と空気との反応が十分に進んでいるため、点火時期を変更しても混合気の燃焼の進行度を変更できず、点火時期に関わらず混合気が早期に自着火してしまう。

これに対応して、異常燃焼判定部１１０は、最大筒内圧強度ＣＰＬＦが判定強度以上となる異常燃焼が生じたと判定した場合に、さらに、この異常燃焼が前記のいずれのパター
ンの燃焼であるかを判定する。すなわち、比較判定部１１５は、最大筒内圧強度ＣＰＬＦが判定強度以上のときに生じた異常燃焼が、点火時期の変更によって混合気の燃焼の進行度を変更可能な第１の異常燃焼であるか、点火時期の変更によって混合気の燃焼の進行度を変更不能な第２の異常燃焼であるかを判定する。以下では、適宜、第１の異常燃焼をノックといい、第２の異常燃焼をプリイグという。

本実施形態では、図１１に示すように、異常燃焼判定部１１０は、最大筒内圧強度ＣＰＬＦが判定強度以上となる異常燃焼が生じたと判定した場合において、点火時期から燃焼重心時期までの指標期間が所定の判定期間よりも短い場合にプリイグと判定し、点火時期から燃焼重心時期までの指標期間が判定期間以上の場合にノックと判定する。燃焼重心時期は、１燃焼サイクル中に燃焼室６に供給される燃料の総量（質量）のうち５０％の質量の燃料が燃焼を終了する時期である。本実施形態では、この燃料の総量（質量）のうち５０％の質量の燃料が請求項の「１燃焼サイクル中に気筒に供給される燃料のうち所定の割合の量の燃料」に相当する。

燃焼重心時期算出部１１６は、筒内圧センサＳＮ３で検出された検出値である筒内圧と、クランク角センサＳＮ１で検出されたクランク角と、ＥＣＵ１００に記憶されている各クランク角における燃焼室６の容積とに基づいて、各クランク角における熱発生率を算出するとともに、これを積分して熱発生量を算出する。そして、図４に示すように、所定のクランク角における熱発生量を１００％として、その５０％の熱発生量が生じたクランク角を燃焼重心時期として算出する。

指標期間算出部１１７は、点火時期（ＥＣＵ１００から点火プラグ１６に対して出された点火時期の指令値）から燃焼重心時期算出部１１６で算出された燃焼重心時期までの期間を指標期間として算出する。

比較判定部１１５は、指標期間算出部１１７で算出された指標期間と判定期間とを比較する。比較判定部１１５は、最大筒内圧強度ＣＰＬＦが判定強度以上となる異常燃焼が生じたと判定した場合において、指標期間が判定期間以上のときはノックが発生したと判定する。

また、比較判定部１１５は、最大筒内圧強度ＣＰＬＦが判定強度以上且つ指標期間が判定期間未満となる燃焼サイクルが、１つの気筒２で予め設定された判定回数以上連続して生じると、プリイグが発生したと判定する。つまり、本実施形態では、最大筒内圧強度ＣＰＬＦが判定強度以上且つ指標期間が判定期間未満となる燃焼サイクルが単に１回生じただけではプリイグが発生したと判定せず、このような燃焼サイクルが同じ気筒で判定回数以上連続してはじめてプリイグが発生したと判定する。判定期間および判定回数は予め設定されて比較判定部１１５に記憶されている。例えば、判定回数は２回に設定される。プリイグが発生するのは、指標期間が１０°ＣＡ未満のときであることが分かっている。これより、判定期間は１０°ＣＡに設定されている。

図１２のフローチャートを用いて、前記の異常燃焼判定の手順をまとめると次のようになる。図１２に示したステップＳ１～Ｓ１９の各ステップは、各気筒２について各気筒２での燃焼が終了する毎に実施される。

ステップＳ１にて、異常燃焼判定部１１０は、筒内圧センサＳＮ３で検出された筒内圧等を読み込む。

次に、ステップＳ２にて、異常燃焼判定部１１０は、現在のエンジンの運転ポイントが第２運転領域Ｂ内の運転ポイントであるか否かを判定する。

ステップＳ２の判定がＮＯであって現在の運転ポイントが第２運転領域Ｂ内の運転ポイントでない場合は、ステップＳ１９に進む。ステップＳ１９にて、異常燃焼判定部１１０は、カウンタ（ｉ）を０にする。カウンタについては後述する。

一方、ステップＳ２の判定がＹＥＳであって現在の運転ポイントが第２運転領域Ｂ内の運転ポイントである場合、つまり、第２運転領域Ｂでエンジンが運転されている場合は、ステップＳ３に進む。

ステップＳ３にて、異常燃焼判定部１１０は、筒内圧センサＳＮ３で検出された筒内圧に基づいて前記のように最大筒内圧強度ＣＰＬＦを算出する。ステップＳ３の後はステップＳ４に進む。

ステップＳ４にて、異常燃焼判定部１１０は、筒内圧およびクランク角に基づいて前記のように指標期間すなわち点火時期から燃焼重心時期までの期間を算出する。ステップＳ４の後はステップＳ５に進む。

ステップＳ５にて、異常燃焼判定部１１０は、ステップＳ３で算出した最大筒内圧強度ＣＰＬＦが判定強度未満であるか否かを判定する。

ステップＳ５の判定がＹＥＳであって最大筒内圧強度ＣＰＬＦが判定強度未満のときはステップＳ６に進む。ステップＳ６にて、異常燃焼判定部１１０は、カウンタ（ｉ）を０にするとともに、ステップＳ７に進んで、正常燃焼が行われていると判定して処理を終了する（ステップＳ１に戻る）。

一方、ステップＳ５の判定がＮＯであって最大筒内圧強度ＣＰＬＦが判定強度以上のときはステップＳ８に進む。ステップＳ８にて、異常燃焼判定部１１０は、ステップＳ４で算出した指標期間が判定期間未満であるか否かを判定する。

ステップＳ８の判定がＹＥＳであって指標期間が判定期間未満のときはステップＳ９に進む。ステップＳ９にて、異常燃焼判定部１１０は、カウンタ（ｉ）を先の演算サイクルで算出されたカウンタ（ｉ－１）に１を足した値にする。ステップＳ９の後は、ステップＳ１０に進む。

ステップＳ１０にて、異常燃焼判定部１１０は、カウンタ（ｉ）が判定回数以上であるか否かを判定する。ステップＳ１０の判定がＮＯであってカウンタ（ｉ）が判定回数未満の場合は、異常燃焼判定部１１０はそのまま処理を終了する（ステップＳ１に戻る）。

一方、ステップＳ１０の判定がＹＥＳであってカウンタ（ｉ）が判定回数以上の場合は、ステップＳ１１に進み、異常燃焼判定部１１０はプリイグが発生したと判定する。

このようにカウンタは、１つの気筒で最大筒内圧強度ＣＰＬＦが判定強度以上で且つ指標期間が判定期間未満という条件が成立した燃焼サイクルの連続回数を表したパラメータである。これより、前記のように、このカウンタは、第２運転領域Ｂでエンジンが運転されていない場合、あるいは、第２運転領域Ｂでエンジンが運転されている状態であっても前記条件が成立しない場合には、０になる。そして、前記のように、本実施形態では、この条件が１つの気筒２で判定回数以上連続すると、プリイグが発生したと判定される。

ステップＳ８に戻り、ステップＳ８の判定がＮＯであって指標期間が判定期間以上のときはステップＳ１２に進む。ステップＳ１２にて、異常燃焼判定部１１０は、カウンタ（
ｉ）を０にする。ステップＳ１２の後はステップＳ１３に進む。ステップＳ１３にて、異常燃焼判定部１１０は、ノックが発生したと判定し、処理を終了する（ステップＳ１に戻る）。

（４－２）異常燃焼回避制御
次に、異常燃焼が発生した場合に、これが連続して生じるのを回避するための制御である異常燃焼回避制御について説明する。この異常燃焼回避制御は、異常燃焼回避制御部１２０によって実施される。

（ａ）ノック回避制御
異常燃焼判定部１１０によりノックが発生したと判定された場合、異常燃焼回避制御部１２０は点火時期を遅角させる。具体的には、ノックが発生したと判定されると、異常燃焼回避制御部１２０は次の燃焼サイクルの点火時期を１燃焼サイクル前の点火時期よりも所定時期だけ遅角させる。なお、ノック判定時は、燃料噴射の噴射パターンは、通常制御時であって最大筒内圧強度ＣＰＬＦが判定強度未満の時と同様に制御される。

（ｂ）プリイグ回避制御
異常燃焼判定部１１０によってプリイグが発生したと判定された場合、異常燃焼回避制御部１２０は、燃料噴射の実施時期を遅角させて、燃料の噴射パターンを通常制御時とは異なるパターンに切り替える。

前記のように、通常制御時、インジェクタ１５は、吸気行程に前段噴射を行い（Ｑ１）、吸気行程の後半から圧縮行程の前半にかけて後段噴射（Ｑ２）を行う。これに対して、プリイグ判定時、異常燃焼回避制御部１２０は、通常制御時と同様に２回に分けてインジェクタ１５から燃料を噴射させる一方、前段噴射と後段噴射の実施時期がそれぞれ通常制御時よりも遅角側の時期になるようにインジェクタ１５を駆動する。

図１３の破線で示すように、また、前記のように、通常制御時は、第２運転領域Ｂにおいて前段噴射（Ｑ１）が吸気行程中に開始されて、後段噴射（Ｑ２）が吸気行程の後半から圧縮行程の前半にかけて開始される。これに対して、図１３の実線で示すように、プリイグ判定時は、圧縮行程の前半（圧縮上死点前１８０°ＣＡ～圧縮上死点前９０°ＣＡ）に前段噴射（Ｑ１１）が開始され、圧縮行程の後半（圧縮上死点前９０°ＣＡ～圧縮上死点）に後段噴射（Ｑ１２）が開始される。また、前段噴射（Ｑ１１）の開始時期は、吸気弁１１の閉弁時期ＩＶＣよりも遅角側とされる。例えば、プリイグ判定時は、前段噴射（Ｑ１１）が圧縮上死点前１８０°ＣＡで開始され、後段噴射（Ｑ１２）が圧縮上死点前１０～２０°ＣＡ程度に開始される。また、エンジン回転数に対して、通常制御時の前段噴射（Ｑ１）と後段噴射（Ｑ２）の開始時期が図１４の破線のように設定されるのに対して、プリイグ判定時のこれら噴射（Ｑ１１、Ｑ１２）の開始時期は図１４の実線のように設定される。

また、プリイグ判定時、異常燃焼回避制御部１２０は、後段噴射の噴射量の割合を増大させる。

具体的には、１燃焼サイクル中に燃焼室６に噴射される燃料の総量に対する後段噴射の噴射量の割合が、通常制御時よりもプリイグ判定時の方が大きくされる。例えば、通常制御時の後段噴射の噴射量の割合が１０％程度とされるのに対して、プリイグ判定時は２０～３０％程度とされる。また、図１５の破線に示すように、通常制御時の後段噴射（Ｑ２）の噴射量の割合はエンジン回転数によらず一定に維持されるのに対して、図１５の実線に示すように、エンジン回転数が高くなるほどプリイグ判定時の後段噴射（Ｑ１２）の噴射量の割合は小さくされる。以下では、プリイグ判定時の燃料噴射パターンをプリイグ回
避パターンという。

燃料噴射の実施時期が遅角されると、圧縮上死点付近に至るまでの燃料と空気の混合時間およびこれらの反応時間は短くなり、圧縮上死点付近における混合気の反応の進み具合が遅くなる。これより、燃料噴射パターンがプリイグ回避パターンとされて前段噴射および後段噴射の実施時期がそれぞれ遅角されれば、点火の開始前に反応が進んで自着火直前の状態となった混合気が燃焼室６に多量に存在するという事態が回避されて、プリイグの発生が抑制される。

また、プリイグ回避パターンでは、前段噴射が圧縮行程の前半且つ吸気弁１１の閉弁後というタイミングに行われることによって、混合気が早期に自着火するのがより確実に防止される。図１６等を用いて具体的に説明する。

図１６は、混合気の温度および混合気の当量比（理論空燃比を空燃比で割った値）と混合気の自着火のしやすさとの関係を調べた結果である。図１６のグラフの横軸は混合気の温度、縦軸は自着火のしやすさを表している。具体的には、縦軸は、混合気を自着火させるのに必要なＯＨラジカルの量であり、この量が多く混合気を自着火させるのに多量のＯＨラジカルが必要なときは、混合気は自着火しにくいといえる。図１６のグラフの３つのラインは混合気の当量比（空燃比）が互いに異なるラインであり、下側のラインほど当量比が大きく空燃比は小さく（リッチに）なっている。

図１６に示されるように、混合気は、筒内温度つまり混合気の温度が高いほど自着火しやすい。ここで、燃焼室６の中央部分は外周部分に比べて高温になる。これより、混合気の自着火は燃焼室６の中央部分でまず開始する。これに対して、本実施形態では、前段噴射（Ｑ１１）と後段噴射（Ｑ１２）とが前記のような時期に実施されることで燃焼室６の中央部分での混合気の燃焼が過度に促進されるのが防止される。

具体的には、圧縮行程の前半且つ吸気弁１１の閉弁後は、ピストン５の上昇中および吸気弁１１の閉弁後であることに伴い燃焼室６内の吸気流動が弱い。そのため、前段噴射（Ｑ１１）が圧縮行程の前半且つ吸気弁１１の閉弁後に実施されることで、図１７（ａ）に示すように、前段噴射（Ｑ１１）によって噴射された燃料Ｆ１の拡散は抑制され、この燃料Ｆ１の大部分は燃焼室６の外周付近に留まることになる。そして、図１７（ｂ）に示すように、この燃料分布は圧縮上死点付近まで概ね維持される。そのため、前段噴射（Ｑ１１）に係る燃料と空気の混合および反応は主として燃焼室６の外周付近で生じ、この反応に伴う燃焼室６の中央付近の昇温量は小さく抑えられる。また、圧縮上死点付近において燃焼室６の中央に分布する自着火直前の状態の混合気の量が少なく抑えられる。従って、燃焼室６の中央付近で開始する混合気の自着火のタイミングが遅くなり、燃焼の進行度が遅くなってプリイグの発生が抑制される。なお、通常制御時は、前段噴射（Ｑ１）が吸気行程中に実施されることで前段噴射の燃料は燃焼室６の全体に拡散する。

ここで、プリイグ回避パターンでは圧縮行程の後半に後段噴射が実施される。圧縮行程の後半であってピストン５が圧縮上死点に近いタイミングで燃料が噴射されると、燃料は燃焼室６の中央付近に供給されることになる。また、プリイグ回避パターンでは、後段噴射の噴射量の割合が増大される。これより、プリイグ回避パターンでは、圧縮上死点付近において燃焼室６の中央付近の混合気の空燃比は小さく（リッチに）なり、空燃比の点からは燃焼室６の中央付近において混合気は自着火しやすくなるといえる。しかしながら、前記のように、プリイグ回避パターンでは、前段噴射による燃焼室６の中央付近の昇温量は小さく抑えられる。また、前記のように、後段噴射から圧縮上死点までの時間が短いことで圧縮上死点付近において後段噴射に係る燃料と空気の反応は十分に進んでおらず、これによっても燃焼室６の中央付近の温度上昇は抑制される。従って、燃焼室６の中央付近にて混合気の自着火が過度に促進されることはなく、混合気の燃焼の進行度は遅くなる。

このことは、図１８（ａ）と（ｂ）との比較からも明らかである。図１８（ａ）、（ｂ）は、圧縮上死点において、燃焼室６内に存在する各温度と各空燃比の混合気の分布を示した図である。図１８（ａ）、（ｂ）では、色の濃い方が混合気の分布割合が多いことを表している。また、図１８（ａ）は、後段噴射の割合を５％としたとき（前段噴射の割合を９５％としたとき）の図であり、図１８（ｂ）は後段噴射の割合を３０％としたとき（前段噴射の割合を７０％としたとき）の図である。これら図１８（ａ）、（ｂ）に示した破線は、自着火のしやすさが同じになる温度と空燃比とをつないだラインである。図１８（ａ）に示すように、前段噴射の割合が大きく後段噴射の割合が小さい場合は、空燃比は比較的大きい（リーンである）が高温である混合気、の割合が大きくなる。これに対して、図１８（ｂ）に示すように、前段噴射の割合が小さく後段噴射の割合が大きい場合は、空燃比は比較的小さい（リッチである）が低温である混合気、の割合が大きくなる。そして、図１８（ａ）の場合に比べて図１８（ｂ）の場合の方が、自着火しにくい領域に多くの混合気が分布することになる。従って、プリイグ回避パターンでは、後段噴射の割合が大きくされて燃焼室６の中央付近に空燃比の高い混合気が形成されるものの、混合気は自着火しにくい状態とされて混合気の燃焼の進行度が遅くされる。

また、本実施形態では、プリイグ判定時且つ後述する所定の条件の成立時において、異常燃焼回避制御部１２０は、燃焼室６に導入される吸気量を低減する。具体的には、スロットル弁３２の開度を小さく（閉じ側に）する。本実施形態では、所定の条件が成立している状態でプリイグが発生したと判定されると、この判定がなされる直前の開度よりもスロットル弁３２の開度を小さくする。また、異常燃焼回避制御部１２０は、図１９に示すように最大筒内圧強度ＣＰＬＦが大きいほどスロットル弁３２の開度の低減量を大きい値とし、最大筒内圧強度ＣＰＬＦが大きいほどスロットル弁３２の開度を小さくして吸気量の低減量を大きくする。プリイグ判定時且つ所定の条件の成立時も燃焼室６内の混合気の空燃比は通常制御時と同様に理論空燃比近傍に維持され、吸気量とともに燃焼室６に供給される燃料の総量も低減される。これにより、燃焼室６で生成される熱発生量が低減されてプリイグの発生が抑制される。

ここで、スロットル弁３２は全気筒２と連通する吸気通路３０に設けられており、スロットル弁３２の開度が変更されると全気筒２の吸気量が変更される。また、スロットル弁３２の駆動遅れやガスの輸送遅れにより、スロットル弁３２の開度変更を開始しても、吸気通路３０を流通する空気の量は徐々にしか低減しない。これより、所定の気筒２でプリイグが発生したと判定されてスロットル弁３２の開度を低減した後に他の気筒２でプリイグが発生したと判定されてスロットル弁３２の開度をさらに低減すると、吸気量が過度に少なくなるおそれがある。そこで、本実施形態では、スロットル弁３２の開度を低減してから全気筒２で燃焼が１回ずつ終了するまでの間は、スロットル弁３２のさらなる開度変更を停止する。例えば、４気筒エンジンでは、スロットル弁３２の開度を低減してから７２０°ＣＡ間はスロットル弁３２の開度変更を禁止する。

吸気量および燃料の総量を低減するとエンジントルクが低下する。そのため、吸気量を低減する制御は、燃料噴射パターンの変更のみではプリイグの発生を抑制するのが困難な状態が連続する場合にのみ実施する。

具体的には、最大筒内圧強度ＣＰＬＦが特に大きいときには、燃料噴射パターンの変更のみではプリイグの発生を抑制するのが困難になる。

ここで、エンジンの運転ポイントが変化して予め設定された目標のＥＧＲ率が変化したときには、ＥＧＲ弁５３の応答遅れやガスの輸送遅れによって、燃焼室６に導入されるＥ
ＧＲガスの量が目標値からずれる場合がある。なお、ＥＧＲ率は、燃焼室６内のガスの総量（総質量）に対する燃焼室６内のＥＧＲガスの量（質量）である。前記のずれが生じると、ＥＧＲガスの代わりに燃焼室６に導入される吸気の量が増大して混合気の空燃比が大きくなり（リーンになり）、プリイグが発生するおそれがある。あるいは、燃焼室６に導入されるＥＧＲガスの量が過大になって燃焼室６内の温度が高くなり、プリイグが発生するおそれがある。ただし、このようにして発生したプリイグは、前記のＥＧＲ弁５３の応答遅れやガスの輸送遅れが解消することで解消されるため、吸気量を低減する必要性は小さい。

これより、本実施形態では、プリイグが発生したと判定された場合で、ＥＧＲ率の目標値との偏差の絶対値が予め設定された判定値以下で、且つ、最大筒内圧強度ＣＰＬＦが前記判定強度よりも大きい基準強度以上のときに、燃焼室６に導入される吸気量を低減する。つまり、前記の所定の条件は、ＥＧＲ率の目標値との偏差の絶対値が判定値以下で、且つ、最大筒内圧強度ＣＰＬＦが基準強度以上であるという条件に設定されている。

以上の異常燃焼回避制御をまとめると図２０のフローチャートのようになる。

ステップＳ２１にて、異常燃焼回避制御部１２０は、異常燃焼判定部１１０によってノックが発生したと判定されたか否かを判定する。この判定がＹＥＳであってノックが発生したと判定されたときは、ステップＳ２２に進む。ステップＳ２２において、異常燃焼回避制御部１２０は、点火時期を遅角させて、処理を終了する（ステップＳ１に戻る）。

一方、ステップＳ２１の判定がＮＯであってノックが発生したと判定されなかったときはステップＳ２３に進む。ステップＳ２３にて、異常燃焼回避制御部１２０は、異常燃焼判定部１１０によってプリイグが発生したと判定されたか否かを判定する。この判定がＮＯであってプリイグが発生したと判定されなかったときは、ステップＳ３０に進む。ステップＳ３０では、異常燃焼回避制御は実施されず、ＥＣＵ１００は、通常の制御を実施する。

一方、ステップＳ２３の判定がＹＥＳであってプリイグが発生したと判定された場合は、ステップＳ２４に進み、異常燃焼回避制御部１２０は、後段噴射の噴射量の割合を増大させるとともに、ステップＳ２５において前段噴射と後段噴射の実施時期（開始時期）をともに通常制御時よりも遅角させる。

また、ステップＳ２３の判定がＹＥＳの場合、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２６にてＥＧＲ率の目標値との偏差を算出する。

具体的には、ＥＧＲ率の目標値である目標ＥＧＲ率は予め設定されてＥＣＵ１００に記憶されている。例えば、目標ＥＧＲ率は、エンジン回転数とエンジン負荷等に応じて予め設定されてＥＣＵ１００にマップで記憶されており、ＥＣＵ１００は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このマップから抽出する。また、ＥＣＵ１００は、エアフローセンサＳＮ４により検出された吸気量および差圧センサＳＮ７により検出されたＥＧＲ弁５３の前後差圧に基づいて、混合気のＥＧＲ率を推定する。ステップＳ２６ではＥＣＵ１００は、推定したＥＧＲ率と目標ＥＧＲ率との差つまりＥＧＲ率の偏差を算出する。

ステップＳ２６の次は、ステップＳ２７に進む。ステップＳ２７にて、異常燃焼回避制御部１２０は、ステップＳ２６で算出されたＥＧＲ率の偏差の絶対値が判定値未満であり、且つ、最大筒内圧強度ＣＰＬＦが基準強度以上であるという条件が成立するか否かを判定する。前記の判定値および基準強度は予め設定されてＥＣＵ１００に記憶されている。

ステップＳ２７の判定がＮＯであって前記条件の非成立時は、そのまま処理を終了する（ステップＳ１に戻る）。一方、ステップＳ２７の判定がＹＥＳであって前記条件の成立時は、ステップＳ２８に進む。

ステップＳ２８にて、異常燃焼回避制御部１２０は、後述するステップＳ２９の吸気量低減制御がまだ実施されていない、あるいは、吸気量低減制御が開始されてから全気筒２での燃焼が終了した、という条件が成立するか否かを判定する。ステップＳ２８の判定がＮＯであって、吸気量低減制御が既に実施されており、且つ、吸気量低減制御を開始してから全気筒２での燃焼が終了していないときは、そのまま処理を終了する（ステップＳ１に戻る）。一方、ステップＳ２８の判定がＹＥＳであって、吸気量低減制御がまだ実施されていない、あるいは、吸気量低減制御を開始してから全気筒２での燃焼が終了している場合には、ステップＳ２９に進む。ステップＳ２９にて、異常燃焼回避制御部１２０は、吸気量を低減する吸気量低減制御を実施して処理を終了する（ステップＳ１に戻る）。具体的には、異常燃焼回避制御部１２０は、前記のように、スロットル弁３２の開度を小さく（閉じ側）にして各燃焼室６に導入される吸気の量を低減する。

（５）作用等
以上のように、本実施形態では、異常燃焼判定部１１０によって、筒内圧センサＳＮ３によって検出された筒内圧波形のうち第１周波数以下の周波数成分のスペクトルを用いて異常燃焼が生じたと判定する。そのため、前記のように、混合気の燃焼時の空洞共鳴の影響を除外でき、筒内圧センサＳＮ３の位置によらず、異常燃焼が生じたか否かという混合気の燃焼状態を精度よく判定することができる。また、燃焼騒音と相関の高い筒内圧のスペクトルの最大値である最大筒内圧強度ＣＰＬＦが判定強度以上の場合に、混合気の燃焼の進行度が過度に速く燃焼騒音が増大するような異常燃焼が生じたと判定している。そのため、この異常燃焼が生じたか否かを精度よく判定できる。

また、本実施形態では、前記のように、点火時期から燃焼重心時期までの期間である指標期間が判定期間以上であり、且つ、最大筒内圧強度ＣＰＬＦが判定強度以上のときに、点火時期の変更によって混合気の燃焼の進行度を変更可能なノックが生じたと判定し、指標期間が判定期間未満であり、且つ、最大筒内圧強度ＣＰＬＦが判定強度以上のときに、点火時期の変更によって混合気の燃焼の進行度を変更不能なプリイグが生じたと判定しており、異常燃焼を、指標期間を用いてさらにノックとプリイグとに分けて判定することができる。

そして、ノックが発生したと判定されたときは点火時期を遅角させており、ノックのさらなる発生を抑制できる。

また、プリイグが発生したと判定されたときはこれを防止するための制御を実施しており、プリイグのさらなる発生を抑制できる。

特に、本実施形態では、プリイグが発生したと判定されたとき、燃料噴射の実施時期を遅角させている。そのため、前記のように、点火時期の変更によって抑制困難なプリイグが発生したときであっても、圧縮上死点付近に至るまでの空気と燃料の混合および反応の進行具合を遅くして、プリイグの発生を防止できる。また、圧縮上死点により近いタイミングで燃料が噴射されることで、燃料の気化潜熱によって混合気の温度を効果的に低減でき、これによっても混合気の反応を抑制してプリイグの発生を防止できる。

また、本実施形態では、プリイグが発生したと判定されたときに、燃焼室６に導入される吸気量を低減している。そのため、燃焼室６内の空気量を少なく抑えて、圧縮上死点付
近に至るまでの空気と燃料の混合および反応を抑制することができ、プリイグの発生をより一層確実に防止できる。

ここで、前記実施形態では、プリイグが発生したと判定された場合において、ＥＧＲ率の偏差の絶対値が判定値以下で、且つ、最大筒内圧強度ＣＰＬＦが基準強度以上という条件の成立時にのみ吸気量を低減する場合を説明したが、この条件の成否によらずプリイグが発生したと判定されると吸気量を低減させるようにしてもよい。

（６）変形例
前記の実施形態では、１の気筒において最大筒内圧強度ＣＰＬＦが判定強度以上となり且つ指標期間が判定期間未満となる燃焼サイクルが、複数回（判定回数以上）連続したときに、プリイグが生じたと判定した場合について説明したが、前記の燃焼サイクルが１回生じただけでプリイグが生じたと判定するようにしてもよい。ただし、前記実施形態の構成にすれば、最大筒内圧強度ＣＰＬＦや指標期間の誤算出によってプリイグが生じたと判定されるのを回避できる。また、一時的に最大筒内圧強度ＣＰＬＦが判定強度以上となり且つ指標期間が判定期間以上となった際に、プリイグが生じたと判定されて、その後に燃料噴射のパターンの変更等がなされてしまうのを回避でき、燃料噴射パターンの変更等の機会を少なく抑えることができる。

前記の実施形態では、エンジンがＳＰＣＣＩ燃焼が実施されるものである場合を説明したが、エンジンで実施される燃焼形態はこれに限らない。また、前記の異常燃焼判定および異常燃焼回避制御は、第２運転領域Ｂ以外で実施されてもよい。

また、前記の実施形態では、前記の判定強度と比較して異常燃焼が生じたか否かの判定に用いるパラメータを、第２周波数から第１周波数までの筒内圧のスペクトルの最大値（最大筒内圧強度ＣＰＬＦ）とした場合について説明した。これに代えて、前記のパラメータとして、第２周波数から第１周波数までの筒内圧のスペクトルの値の平均値を用いてもよい。また、第１周波数以下の周波数成分であって第２周波数未満の周波数成分も含む筒内圧のスペクトルに基づいて異常燃焼が生じたか否かの判定を行ってもよい。

１ エンジン本体
２ 気筒
６ 燃焼室
１５ インジェクタ（燃料供給手段）
３２ スロットル弁（空気量変更手段）
１００ ＥＣＵ
１１０ 異常燃焼判定部（異常燃焼判定手段）
１１１ バンドパスフィルタ部（フィルタ部）
１１４ 最大筒内圧強度算出部（強度算出部）
１１５ 比較判定部（判定部）
ＳＮ３ 筒内圧センサ

Claims (5)

1. 気筒内に燃料を供給する燃料供給手段を備えるエンジンを制御する装置であって、
   気筒内の混合気に対して所定の点火時期に点火を行う点火手段と、
   気筒内の圧力である筒内圧を検出する筒内圧センサと、
   所定の運転領域において、吸気行程中に気筒内に燃料を噴射する前段噴射と当該前段噴射の後に気筒内に燃料を噴射する後段噴射とを前記燃料供給手段に実施させるとともに、前記点火手段からの点火によって気筒内の混合気の一部が火花点火燃焼するとともに残りの混合気が自着火により燃焼する時期に前記点火手段に点火を行わせる制御手段と、
   前記所定の運転領域においてエンジンが運転されているときに前記筒内圧センサの検出値に基づいて気筒内の混合気の燃焼が異常であるか否かを判定する異常燃焼判定手段とを備え、
   前記異常燃焼判定手段は、
   前記筒内圧センサによって検出された筒内圧波形のうち予め設定された基準周波数以下の周波数成分のスペクトルの値である筒内圧強度が予め設定された判定強度以上の場合は、混合気の燃焼の進行度が過度に早い異常燃焼が生じたと判定するとともに、
   前記点火時期から、１燃焼サイクル中に気筒に供給される燃料のうち所定の割合の量の燃料の燃焼が完了する時期までの期間である指標期間が所定の判定期間以上であり、且つ、前記筒内圧強度が前記判定強度以上のときは、前記点火時期の変更によって混合気の燃焼の進行度を変更可能な第１の異常燃焼が生じたと判定し、
   前記指標期間が前記判定期間未満であり、且つ、前記筒内圧強度が前記判定強度以上のときは、前記点火時期の変更によって混合気の燃焼の進行度を変更不能な第２の異常燃焼が生じたと判定し、
   前記制御手段は、
   前記異常燃焼判定手段によって前記第２の異常燃焼が生じたと判定されると、前記前段噴射が圧縮行程中に実施され、且つ、前記気筒に供給される燃料の総量に対する前記後段噴射によって気筒内に供給される燃料の量の割合が前記第２の異常燃焼が生じていないと判定されたときよりも多くなるように、前記燃料供給手段を制御するとともに、
   前記異常燃焼判定手段によって前記第１の異常燃焼が生じたと判定されると、前記点火手段は、混合気に点火を行う時期を遅角する、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、
   前記異常燃焼判定手段は、前記筒内圧センサによって検出された筒内圧波形から前記基準周波数以下且つ所定の第２基準周波数以上の周波数成分を抽出するフィルタ部と、当該フィルタ部によって抽出された周波数成分のスペクトルの値を前記筒内圧強度として算出する強度算出部と、当該強度算出部で算出された前記筒内圧強度が前記判定強度以上の場合に前記異常燃焼が生じたと判定する判定部とを備える、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、
   気筒内に導入される空気の量を変更可能な空気量変更手段を備え、
   前記異常燃焼判定手段によって前記第２の異常燃焼が生じたと判定されたとき、前記空気量変更手段は、気筒内に導入される空気の量を低減する、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、
   前記異常燃焼判定手段は、１の気筒において前記筒内圧強度が前記判定強度以上となり且つ前記指標期間が前記判定期間未満となる燃焼サイクルが所定の回数以上連続したときに、前記第２の異常燃焼が生じたと判定する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
5. 請求項１～４のいずれか１項に記載のエンジンの制御装置において、
   前記制御手段は、前記異常燃焼判定手段によって前記第２の異常燃焼が生じたと判定されると、前記前段噴射が、圧縮行程中で、且つ、前記エンジンに設けられた吸気弁の閉弁時期よりも遅角側の時期に開始されるように、前記燃料供給手段を制御する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。