JP2016138518A - 圧縮着火式エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】所定の運転領域において気筒内にオゾンを導入して圧縮着火させる圧縮着火式エンジンに関して、燃料の着火性を精度良く判定する。
【解決手段】圧縮着火式エンジンの制御装置（ＰＣＭ１０）は、第１のオゾン濃度ＯＺ１の吸気を気筒１８内に導入したときに混合気の第１の着火時期Ｔ１を検出すると共に、この後に第１のオゾン濃度ＯＺ１とは異なる第２のオゾン濃度ＯＺ２の吸気を気筒１８内に導入したときに混合気の第２の着火時期Ｔ２を検出して、検出された第１の着火時期Ｔ１と第２の着火時期Ｔ２との差分ｄＴに基づいて、燃料の着火性を判定する。
【選択図】図７

Description

本発明は、圧縮着火式エンジンの制御装置に係わり、特に、所定の運転領域において、気筒内にオゾンを導入して、気筒内の混合気を圧縮着火させる圧縮着火式エンジンの制御装置に関する。

一般的に、ガソリン又はガソリンを主成分とする燃料を用いるエンジンでは、点火プラグによって着火する火花点火方式が広く採用されている。一方、最近では、燃費の向上を図る観点などから、エンジンの幾何学的圧縮比として高圧縮比を適用して、ガソリン又はガソリンを主成分とする燃料を用いつつ、所定の運転領域において、圧縮着火（具体的にはＨＣＣＩ（Homogeneous-Charge Compression Ignition）と呼ばれる予混合圧縮自己着火）を行う技術が開発されている。

上記のような圧縮着火燃焼においては、気筒内で行われる燃料の酸化反応（低温酸化反応）により発生する熱と、ピストン上昇に伴う混合気の圧縮により発生する熱とによって、混合気の温度が着火温度を超えると自己着火が生じる。このような燃料の酸化反応の強度（つまり酸化反応が活性化する度合い）は、混合気の着火時期に影響に与える。加えて、燃料の酸化反応の強度は、例えばオクタン価などの燃料の性状によって異なるものである。そのため、燃料の性状の違いによって、混合気の着火時期が変わってくる。したがって、燃料の性状が不明であると、適切な燃焼位置制御（例えば目標の着火時期で着火させるための制御）を行うことが困難となり、失火や異常燃焼が発生してしまう場合がある。よって、燃料性状に応じた燃料の着火性を事前に把握しておくことが望ましいと言える。

このような燃料の着火性を判定する技術が、例えば特許文献１に提案されている。特許文献１には、火花点火燃焼と圧縮着火燃焼とを切り替えて運転し、燃料の着火性の判定結果に応じて、圧縮着火燃焼により運転可能な運転領域を設定するエンジンにおいて、オゾンを気筒内に供給して火花点火燃焼させることで燃料の着火性を高め、この状態でノッキングを検出し、その検出結果に応じて燃料の着火性を判定する技術が開示されている。

特開２０１２−１３７０３０号公報

しかしながら、上記した特許文献１に記載された技術では、気筒内に導入するオゾン量を徐々に増加させていき、ノックセンサの検出値が閾値以上となったときのオゾン量に基づいて燃料の着火性を判定しているが、この方法では、オクタン価などの燃料性状の違いによるノッキングの発生時期（着火時期に対応する）の差が小さいため、燃料の着火性を精度良く判定することが困難であった。

本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、所定の運転領域において気筒内にオゾンを導入して圧縮着火させる圧縮着火式エンジンに関して、燃料の着火性を精度良く判定することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、所定の運転領域において、気筒内にオゾンを導入して、気筒内の混合気を圧縮着火させる圧縮着火式エンジンの制御装置において、気筒内に導入するオゾン量を制御するオゾン量制御手段と、気筒内の混合気の着火時期を検出する着火時期検出手段と、着火時期検出手段が検出した着火時期に基づき、燃料の着火性を判定する着火性判定手段と、を備え、オゾン量制御手段は、第１のオゾン量を気筒内に導入した後に、この第１のオゾン量を増加又は減少させた第２のオゾン量を気筒内に導入する制御を行い、着火性判定手段は、オゾン量制御手段が第１のオゾン量を気筒内に導入したときに着火時期検出手段が検出した第１の着火時期と、オゾン量制御手段が第２のオゾン量を気筒内に導入したときに着火時期検出手段が検出した第２の着火時期との差分に基づいて、燃料の着火性を判定する、ことを特徴とする。
このように構成された本発明においては、第１のオゾン量を含む吸気を気筒内に導入したときに混合気の第１の着火時期を検出すると共に、第１のオゾン量とは異なる第２のオゾン量を含む吸気を気筒内に導入したときに混合気の第２の着火時期を検出して、検出した第１の着火時期と第２の着火時期との差分に基づいて燃料の着火性を判定するので、オクタン価などの燃料性状の違いに起因して明確に現れる、オゾン量の変化に対する着火時期の変化度合いの違い（具体的には着火時期の進角度合いの違い）を利用して、燃料の着火性を精度良く判定することが可能となる。

本発明において、好ましくは、オゾン量制御手段は、第１のオゾン量を気筒内に導入した後に、この第１のオゾン量を所定量減少させて、第２のオゾン量を気筒内に導入する。
このように構成された本発明によれば、オゾン量制御手段は、第１のオゾン量を気筒内に導入した後に、この第１のオゾン量を所定量減少させて、第２のオゾン量（つまり、この第２のオゾン量は第１のオゾン量よりも所定量だけ小さい）を気筒内に導入する。この所定量として、第１のオゾン量を適用したときに得られる第１の着火時期と、第２のオゾン量を適用したときに得られる第２の着火時期との間に十分な大きさの差分を生じさせることができる量（第１のオゾン量と第２のオゾン量との差分）を適用すれば、燃料の着火性をより精度良く判定することが可能となる。

本発明において、好ましくは、第１のオゾン量は、気筒内で混合気を確実に圧縮着火させることができるオゾン量である。
このように構成された本発明によれば、燃料の着火性の判定開始時に、混合気の圧縮着火を適切に確保することができる。

本発明において、好ましくは、着火性判定手段は、第１の着火時期と第２の着火時期との差分（絶対値）が大きいほど、より着火性が高い燃料であると判定する。
このように構成された本発明によれば、着火性が高い燃料では、第１のオゾン量を適用したときに得られる第１の着火時期と、第２のオゾン量を適用したときに得られる第２の着火時期との間に比較的大きな差が現れるため、そのような事象に従って、第１の着火時期と第２の着火時期との差分の大きさに応じた着火性の程度を適切に判定することができる。

好適な例では、圧縮着火式エンジンには、ガソリン燃料が供給され、着火性判定手段は、第１の着火時期と第２の着火時期との差分が大きいほど、よりオクタン価が低い燃料であると判定することができる。

本発明によれば、所定の運転領域において気筒内にオゾンを導入して混合気を圧縮着火させる圧縮着火式エンジンの制御装置において、オゾン量を増減させたときの着火時期の変化に基づいて、燃料の着火性を精度良く判定することができる。

本発明の実施形態による圧縮着火式エンジンの制御装置が適用されたエンジンの概略構成図である。 本発明の実施形態による圧縮着火式エンジンの制御装置に関する電気的構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態による圧縮着火式エンジンの燃焼室を拡大して示す断面図である。 本発明の実施形態によるオゾン発生器の構成を例示する概念図である。 本発明の実施形態による圧縮着火式エンジンの運転領域の説明図である。 本発明の実施形態による燃料の着火性判定方法の説明図である。 本発明の実施形態による燃料の着火性判定処理を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態による圧縮着火式エンジンの制御装置について説明する。

［装置構成］
図１は、本発明の実施形態による圧縮着火式エンジンの制御装置が適用されたエンジン（エンジン本体）１の概略構成を示し、図２は、本発明の実施形態による圧縮着火式エンジンの制御装置を示すブロック図である。

エンジン１は、車両に搭載されると共に、少なくともガソリンを含有する燃料が供給される火花点火式ガソリンエンジンである。エンジン１は、複数の気筒１８が設けられたシリンダブロック１１（なお、図１では、１つの気筒のみを図示するが、例えば４つの気筒が直列に設けられる）と、このシリンダブロック１１上に配設されたシリンダヘッド１２と、シリンダブロック１１の下側に配設され、潤滑油が貯留されたオイルパン１３とを有している。各気筒１８内には、コンロッド１４２を介してクランクシャフト１５と連結されているピストン１４が往復動可能に嵌挿されている。ピストン１４の頂面には、図３に拡大して示すように、ディーゼルエンジンでのリエントラント型のようなキャビティ１４１が形成されている。キャビティ１４１は、ピストン１４が圧縮上死点付近に位置するときには、後述するインジェクタ６７に相対する。シリンダヘッド１２と、気筒１８と、キャビティ１４１を有するピストン１４とは、燃焼室１９を画定する。なお、燃焼室１９の形状は、図示する形状に限定されるものではない。例えばキャビティ１４１の形状、ピストン１４の頂面形状、及び、燃焼室１９の天井部の形状等は、適宜変更することが可能である。

このエンジン１は、理論熱効率の向上や、後述する圧縮着火燃焼の安定化等を目的として、１５以上の比較的高い幾何学的圧縮比に設定されている。なお、幾何学的圧縮比は１５以上２０以下程度の範囲で、適宜設定すればよい。

シリンダヘッド１２には、気筒１８毎に、吸気ポート１６及び排気ポート１７が形成されていると共に、これら吸気ポート１６及び排気ポート１７には、燃焼室１９側の開口を開閉する吸気弁２１及び排気弁２２がそれぞれ配設されている。

吸気弁２１及び排気弁２２をそれぞれ駆動する動弁系の内、排気側には、排気弁２２の作動モードを通常モードと特殊モードとに切り替える、例えば油圧作動式の可変機構（図２参照。以下、ＶＶＬ（Variable Valve Lift）と称する）７１と、クランクシャフト１５に対する排気カムシャフトの回転位相を変更することが可能な位相可変機構（以下、ＶＶＴ（Variable ValveTiming）と称する）７５と、が設けられている。ＶＶＬ７１は、その構成の詳細な図示は省略するが、カム山を一つ有する第１カムとカム山を２つ有する第２カムとの、カムプロファイルの異なる２種類のカム、及び、その第１及び第２カムのいずれか一方のカムの作動状態を選択的に排気弁２２に伝達するロストモーション機構を含んで構成されている。第１カムの作動状態を排気弁２２に伝達しているときには、排気弁２２は、排気行程中において一度だけ開弁される通常モードで作動するのに対し、第２カムの作動状態を排気弁２２に伝達しているときには、排気弁２２が、排気行程中において開弁すると共に、吸気行程中においても開弁するような、いわゆる排気の二度開きを行う特殊モードで作動する。ＶＶＬ７１の通常モードと特殊モードとは、エンジンの運転状態に応じて切り替えられる。具体的には、特殊モードは、内部ＥＧＲに係る制御の際に利用される。なお、排気弁２２を電磁アクチュエータによって駆動する電磁駆動式の動弁系を採用してもよい。

なお、内部ＥＧＲの実行は、排気二度開きのみによって実現されるのではない。例えば吸気弁２１を二回開く、吸気の二度開きによって内部ＥＧＲ制御を行ってもよいし、排気行程乃至吸気行程において吸気弁２１及び排気弁２２の双方を閉じるネガティブオーバーラップ期間を設けて既燃ガスを気筒１８内に残留させる内部ＥＧＲ制御を行ってもよい。

ＶＶＴ７５は、液圧式、電磁式又は機械式の公知の構造を適宜採用すればよく、その詳細な構造についての図示は省略する。排気弁２２は、ＶＶＴ７５によって、その開弁時期及び閉弁時期を、所定の範囲内で連続的に変更可能である。

ＶＶＬ７１及びＶＶＴ７５を備えた排気側の動弁系と同様に、吸気側には、図２に示すように、ＶＶＬ７４とＶＶＴ７２とが設けられている。吸気側のＶＶＬ７４は、排気側のＶＶＬ７１とは異なる。吸気側のＶＶＬ７４は、吸気弁２１のリフト量を相対的に大きくする大リフトカムと、吸気弁２１のリフト量を相対的に小さくする小リフトカムとの、カムプロファイルの異なる２種類のカム、及び、大リフトカム及び小リフトカムのいずれか一方のカムの作動状態を選択的に吸気弁２１に伝達するロストモーション機構を含んで構成されている。ＶＶＬ７４が大リフトカムの作動状態を吸気弁２１に伝達しているときには、吸気弁２１は、相対的に大きいリフト量で開弁すると共に、その開弁期間も長くなる。これに対し、ＶＶＬ７４が小リフトカムの作動状態を吸気弁２１に伝達しているときには、吸気弁２１は、相対的に小さいリフト量で開弁すると共に、その開弁期間も短くなる。大リフトカムと小リフトカムとは、閉弁時期又は開弁時期を同じにして切り替わるように設定されている。

吸気側のＶＶＴ７２は、排気側のＶＶＴ７５と同様に、液圧式、電磁式又は機械式の公知の構造を適宜採用すればよく、その詳細な構造についての図示は省略する。吸気弁２１もまた、ＶＶＴ７２によって、その開弁時期及び閉弁時期を、所定の範囲内で連続的に変更可能である。なお、吸気側にＶＶＬ７４を適用せずに、ＶＶＴ７２のみを適用し、吸気弁２１の開弁時期及び閉弁時期のみを変更するようにしてもよい。

シリンダヘッド１２にはまた、気筒１８毎に、気筒１８内に燃料を直接噴射する（直噴）インジェクタ６７が取り付けられている。インジェクタ６７は、図３に拡大して示すように、その噴口が燃焼室１９の天井面の中央部分から、その燃焼室１９内に臨むように配設されている。インジェクタ６７は、エンジン１の運転状態に応じて設定された噴射タイミングでかつ、エンジン１の運転状態に応じた量の燃料を、燃焼室１９内に直接噴射する。この例において、インジェクタ６７は、詳細な図示は省略するが、複数の噴口を有する多噴口型のインジェクタである。これによって、インジェクタ６７は、燃料噴霧が、燃焼室１９の中心位置から放射状に広がるように、燃料を噴射する。図３に矢印で示すように、ピストン１４が圧縮上死点付近に位置するタイミングで、燃焼室１９の中央部分から放射状に広がるように噴射された燃料噴霧は、ピストン頂面に形成されたキャビティ１４１の壁面に沿って流動する。キャビティ１４１は、ピストン１４が圧縮上死点付近に位置するタイミングで噴射された燃料噴霧を、その内部に収めるように形成されている、と言い換えることが可能である。この多噴口型のインジェクタ６７とキャビティ１４１との組み合わせは、燃料の噴射後、混合気形成期間を短くすると共に、燃焼期間を短くする上で有利な構成である。なお、インジェクタ６７は、多噴口型のインジェクタに限定されず、外開弁タイプのインジェクタを採用してもよい。

図外の燃料タンクとインジェクタ６７との間は、燃料供給経路によって互いに連結されている。この燃料供給経路上には、燃料ポンプ６３とコモンレール６４とを含みかつ、インジェクタ６７に、比較的高い燃料圧力で燃料を供給することが可能な燃料供給システム６２が介設されている。燃料ポンプ６３は、燃料タンクからコモンレール６４に燃料を圧送し、コモンレール６４は圧送された燃料を、比較的高い燃料圧力で蓄えることが可能である。インジェクタ６７が開弁することによって、コモンレール６４に蓄えられている燃料がインジェクタ６７の噴口から噴射される。ここで、燃料ポンプ６３は、図示は省略するが、プランジャー式のポンプであり、エンジン１によって駆動される。このエンジン駆動のポンプを含む構成の燃料供給システム６２は、３０ＭＰａ以上の高い燃料圧力の燃料を、インジェクタ６７に供給することを可能にする。燃料圧力は、最高で１２０ＭＰａ程度に設定してもよい。インジェクタ６７に供給される燃料の圧力は、後述するように、エンジン１の運転状態に応じて変更される。なお、燃料供給システム６２は、この構成に限定されるものではない。

シリンダヘッド１２にはまた、図３に示すように、燃焼室１９内の混合気に強制点火する点火プラグ２５が取り付けられている。点火プラグ２５は、この例では、エンジン１の排気側から斜め下向きに延びるように、シリンダヘッド１２内を貫通して配置されている。図３に示すように、点火プラグ２５の先端は、圧縮上死点に位置するピストン１４のキャビティ１４１内に臨んで配置される。

エンジン１の一側面には、図１に示すように、各気筒１８の吸気ポート１６に連通するように吸気通路３０が接続されている。一方、エンジン１の他側面には、各気筒１８の燃焼室１９からの既燃ガス（排気ガス）を排出する排気通路４０が接続されている。

吸気通路３０の上流端部には、吸入空気を濾過するエアクリーナ３１が配設され、その下流側には、各気筒１８への吸入空気量を調節するスロットル弁３６が配設されている。また、吸気通路３０における下流端近傍には、サージタンク３３が配設されている。このサージタンク３３よりも下流側の吸気通路３０は、気筒１８毎に分岐する独立通路とされ、これら各独立通路の下流端が各気筒１８の吸気ポート１６にそれぞれ接続されている。

更に、吸気通路３０におけるスロットル弁３６とサージタンク３３との間には、気筒１８に導入する新気にオゾンを添加するオゾン発生器（Ｏ₃発生器）７６が介設している。オゾン発生器７６は、例えば図４に示すように、吸気管３０１の横断面上で、上下又は左右方向に所定間隔を設けて並列された複数の電極を備えて構成されている。オゾン発生器７６は、吸気に含まれる酸素を原料ガスとして、無声放電によりオゾンを生成する。つまり、電極に対して、図外の電源から高周波交流高電圧を印加することにより、放電間隙において無声放電が発生し、そこを通過する空気（つまり、吸気）がオゾン化される。こうしてオゾンが添加された吸気は、サージタンク３３から吸気マニホールドを介して、各気筒１８内に導入される。オゾン発生器７６の電極に対する電圧の印加態様を変更する、及び／又は、電圧を印加する電極の数を変更することによって、オゾン発生器７６を通過した後の、吸気中のオゾン濃度を調整することが可能である。後述するように、ＰＣＭ１０は、こうしたオゾン発生器７６に対する制御を通じて、気筒１８内に導入する吸気中のオゾン濃度の調整を行う。

排気通路４０の上流側の部分は、気筒１８毎に分岐して排気ポート１７の外側端に接続された独立通路と該各独立通路が集合する集合部とを有する排気マニホールドによって構成されている。この排気通路４０における排気マニホールドよりも下流側には、排気ガス中の有害成分を浄化する排気浄化装置として、直キャタリスト４１とアンダーフットキャタリスト４２とがそれぞれ接続されている。直キャタリスト４１及びアンダーフットキャタリスト４２はそれぞれ、筒状ケースと、そのケース内の流路に配置した、例えば三元触媒とを備えて構成されている。

吸気通路３０におけるサージタンク３３とスロットル弁３６との間の部分と、排気通路４０における直キャタリスト４１よりも上流側の部分とは、排気ガスの一部を吸気通路３０に還流するためのＥＧＲ通路５０を介して接続されている。このＥＧＲ通路５０は、排気ガスをエンジン冷却水によって冷却するためのＥＧＲクーラ５２が配設された主通路５１と、ＥＧＲクーラ５２をバイパスするためのＥＧＲクーラバイパス通路５３と、を含んで構成されている。主通路５１には、排気ガスの吸気通路３０への還流量を調整するためのＥＧＲ弁５１１が配設され、ＥＧＲクーラバイパス通路５３には、ＥＧＲクーラバイパス通路５３を流通する排気ガスの流量を調整するためのＥＧＲクーラバイパス弁５３１が配設されている。

エンジン１は、パワートレイン・コントロール・モジュール（以下、ＰＣＭという）１０によって制御される。ＰＣＭ１０は、ＣＰＵ、メモリ、カウンタタイマ群、インターフェース及びこれらのユニットを接続するパスを有するマイクロプロセッサで構成されている。このＰＣＭ１０が制御器を構成する。

ＰＣＭ１０には、図１、２に示すように、各種のセンサＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ４〜ＳＷ１６の検出信号が入力される。具体的には、ＰＣＭ１０には、エアクリーナ３１の下流側で、新気の流量を検出するエアフローセンサＳＷ１の検出信号と、新気の温度を検出する吸気温度センサＳＷ２の検出信号と、ＥＧＲ通路５０における吸気通路３０との接続部近傍に配置されかつ、外部ＥＧＲガスの温度を検出するＥＧＲガス温センサＳＷ４の検出信号と、吸気ポート１６に取り付けられかつ、気筒１８内に流入する直前の吸気の温度を検出する吸気ポート温度センサＳＷ５の検出信号と、シリンダヘッド１２に取り付けられかつ、気筒１８内の圧力を検出する筒内圧センサＳＷ６の検出信号と、排気通路４０におけるＥＧＲ通路５０の接続部近傍に配置されかつ、それぞれ排気温度及び排気圧力を検出する排気温センサＳＷ７及び排気圧センサＳＷ８の検出信号と、直キャタリスト４１の上流側に配置されかつ、排気中の酸素濃度を検出するリニアＯ₂センサＳＷ９の検出信号と、直キャタリスト４１とアンダーフットキャタリスト４２との間に配置されかつ、排気中の酸素濃度を検出するラムダＯ₂センサＳＷ１０の検出信号と、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサＳＷ１１の検出信号と、クランクシャフト１５の回転角を検出するクランク角センサＳＷ１２の検出信号と、車両のアクセルペダル（図示省略）の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサＳＷ１３の検出信号と、吸気側及び排気側のカム角センサＳＷ１４、ＳＷ１５の検出信号と、燃料供給システム６２のコモンレール６４に取り付けられかつ、インジェクタ６７に供給する燃料圧力を検出する燃圧センサＳＷ１６の検出信号と、が入力される。

ＰＣＭ１０は、これらの検出信号に基づいて種々の演算を行うことによってエンジン１や車両の状態を判定し、これに応じてインジェクタ６７、点火プラグ２５、吸気弁側のＶＶＴ７２及びＶＶＬ７４、排気弁側のＶＶＴ７５及びＶＶＬ７１、燃料供給システム６２、並びに、各種の弁（スロットル弁３６、ＥＧＲ弁５１１、ＥＧＲクーラバイパス弁５３１）のアクチュエータ、及びオゾン発生器７６へ制御信号を出力する。こうしてＰＣＭ１０は、エンジン１を運転する。詳細は後述するが、ＰＣＭ１０は、本発明における圧縮着火式エンジンの制御装置に相当し、オゾン量制御手段、着火時期検出手段及び着火性判定手段として機能する。

［運転領域］
次に、図５を参照して、本発明の実施形態による圧縮着火式エンジンの運転領域について説明する。図５は、エンジン１の運転制御マップの一例を示している。このエンジン１は、燃費の向上や排気エミッション性能の向上を目的として、エンジン負荷が相対的に低い低負荷域では、点火プラグ２５による点火を行わずに、圧縮自己着火によって燃焼を行う圧縮着火燃焼を行う。しかしながら、エンジン１の負荷が高くなるに従って、圧縮着火燃焼では、燃焼が急峻になりすぎてしまい、例えば燃焼騒音等の問題を引き起こすことになる。そのため、このエンジン１では、エンジン負荷が相対的に高い高負荷域では、圧縮着火燃焼を止めて、点火プラグ２５を利用した強制点火燃焼（ここでは火花点火燃焼）に切り替える。このように、このエンジン１は、エンジン１の運転状態、特にエンジン１の負荷に応じて、圧縮着火燃焼を行うＣＩ（Compression Ignition）モードと、火花点火燃焼を行うＳＩ（Spark Ignition）モードとを切り替えるように構成されている。但し、モード切り替えの境界線は、図例に限定されるものではない。

特に、本実施形態では、ＣＩモードにおける低負荷領域に相当する領域Ｒ１１において、圧縮着火燃焼の着火性及び安定性を高めるために、燃料の低温酸化反応を促進すべく、オゾン発生器７６が発生したオゾンを気筒１８内に導入する。加えて、気筒１８内の圧縮端温度を高めるべく、排気側のＶＶＬ７１をオンにして、排気弁２２を吸気行程中に開弁する排気の二度開きを行って、相対的に温度の高い内部ＥＧＲガスを気筒１８内に導入する。また、領域Ｒ１１では、均質な混合気を形成すべく、少なくとも吸気行程から圧縮行程中期までの期間内において、インジェクタ６７が気筒１８内に燃料を噴射する。この場合、吸気行程と圧縮行程とにおいて、燃料を分割噴射してもよい。

一方で、ＣＩモードにおいて、領域Ｒ１１よりも負荷が高い領域では、気筒１８内へのオゾンの導入を停止する。加えて、気筒１８内の温度環境が高くなるため、過早着火を抑制するために、内部ＥＧＲガス量を低下させる一方で、ＥＧＲクーラ５２を通過することによって冷却された外部ＥＧＲガスを気筒１８内に導入する。また、このような気筒１８内の温度制御に加えて、過早着火等の異常燃焼を回避しつつ、圧縮着火燃焼の安定化を図るべく、大幅に高圧化した燃料圧力でもって、少なくとも圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間内で、気筒１８内に燃料噴射を実行する。

［着火性判定］
次に、本発明の実施形態による燃料の着火性判定方法について説明する。

まず、図６を参照して、本発明の実施形態による燃料の着火性判定方法の基本概念について説明する。図６は、横軸に、気筒１８内に導入した吸気に含まれるオゾンの濃度を示しており、縦軸に、混合気の着火時期を示している。
なお、横軸に示すオゾン濃度の変化は、ＰＣＭ１０によるオゾン発生器７６の制御によって実現される。このオゾン濃度は、気筒１８内に導入される吸気に含まれるオゾン量に一義的に対応するものである。また、縦軸に示す着火時期は、上死点後における着火時期の進角度合いに相当し、下側に進むと着火時期が進角することを示している。この場合、着火時期が進角側に進むほど、燃料の着火性が高くなることを意味する。

図６において、グラフＧ１は、比較的高いオクタン価（例えば１００ＲＯＮ）の燃料を用いた場合のオゾン濃度と着火時期との関係を示し、グラフＧ２は、グラフＧ１に示す燃料よりも低いオクタン価（例えば９０ＲＯＮ）の燃料を用いた場合のオゾン濃度と着火時期との関係を示している。グラフＧ１、Ｇ２の両方より、オゾン濃度が高くなるほど、着火時期が進角することがわかる。これは、オゾン濃度が高くなると、低温酸化反応がより進みやすくなり、つまり低温酸化反応が活性化するようになり、着火性が向上することを意味する。また、グラフＧ１、Ｇ２の両方より、オゾン濃度がある程度以上になると、オゾン濃度が高くなっても、着火時期がほとんど進角せずに、ほぼ一定になる（つまり着火時期がサチュレーションする）ことがわかる。

また、グラフＧ１とグラフＧ２とを比較すると、低いオクタン価の燃料を用いたほうが、高いオクタン価の燃料を用いるよりも、オゾン濃度の変化に対する着火時期の変化度合いが大きいことがわかる、具体的にはオゾン濃度の増加に応じた着火時期の進角側への変化度合いが大きいことがわかる。これは、低いオクタン価の燃料が、高いオクタン価の燃料よりも、低温酸化反応が進みやすく、自着火しやすいという性質に起因するものである。

本実施形態では、図６に示すような、燃料のオクタン価の違いに因る、オゾン濃度の変化に対する着火時期の変化度合いの違い（つまり着火時期の進角度合いの違い）を利用して、燃料の着火性を判定する。具体的には、本実施形態では、ＰＣＭ１０が、ＣＩモードにおける低負荷領域に相当する領域Ｒ１１（図５参照）において、オゾン発生器７６を制御して、第１のオゾン濃度（第１のオゾン量に相当する）の吸気を気筒１８内に導入した後に、この第１のオゾン濃度よりも低い第２のオゾン濃度（第２のオゾン量に相当する）の吸気を気筒１８内に導入する。そして、ＰＣＭ１０は、こうして第１のオゾン濃度を適用したときの第１の着火時期と第２のオゾン濃度を適用したときの第２の着火時期との差分に基づいて、燃料の着火性を判定する。例えば、ＰＣＭ１０は、筒内圧センサＳＷ６から入力された検出信号の変化に基づいて、混合気の着火時期を検出する。
なお、以下では、第１のオゾン濃度を適宜「第１のオゾン濃度ＯＺ１」と表記し、第２のオゾン濃度を適宜「第２のオゾン濃度ＯＺ２」と表記し、第１のオゾン濃度ＯＺ１を適用したときの第１の着火時期を適宜「第１の着火時期Ｔ１」と表記し、第２のオゾン濃度ＯＺ２を適用したときの第２の着火時期を適宜「第２の着火時期Ｔ２」と表記し、第２の着火時期Ｔ２と第１の着火時期Ｔ１との差分を適宜「差分ｄＴ」と表記する。

図６を参照して、燃料の着火性判定方法の具体例について説明する。図６に示すように、ＰＣＭ１０は、第１のオゾン濃度ＯＺ１の吸気を気筒１８内に導入した後に、この第１のオゾン濃度ＯＺ１よりも所定値だけ小さい第２のオゾン濃度ＯＺ２の吸気を気筒１８内に導入するように、オゾン発生器７６を制御する。例えば、ＰＣＭ１０は、当該所定値として、第１のオゾン濃度ＯＺ１を適用したときに得られる第１の着火時期Ｔ１と、第２のオゾン濃度ＯＺ２を適用したときに得られる第２の着火時期Ｔ２との間に十分な大きさの差分を生じさせることができる値（第１のオゾン濃度ＯＺ１と第２のオゾン濃度ＯＺ２との差分）を適用する。

グラフＧ１に示すような高いオクタン価の燃料を用いた場合には、ＰＣＭ１０は、筒内圧センサＳＷ６から入力された検出信号に基づき、第１のオゾン濃度ＯＺ１の適用時に、第１の着火時期Ｔ１として「Ｔ１１」を検出すると共に、第２のオゾン濃度ＯＺ２の適用時に、第２の着火時期Ｔ２として「Ｔ２１」を検出する。そして、ＰＣＭ１０は、検出した第２の着火時期Ｔ２１と第１の着火時期Ｔ１１との差分ｄＴとして「ｄＴ１」を得る（ｄＴ１＝Ｔ２１−Ｔ１１）。

他方で、グラフＧ２に示すような低いオクタン価の燃料を用いた場合には、ＰＣＭ１０は、筒内圧センサＳＷ６から入力された検出信号に基づき、第１のオゾン濃度ＯＺ１の適用時に、第１の着火時期Ｔ１として「Ｔ１２」を検出すると共に、第２のオゾン濃度ＯＺ２の適用時に、第２の着火時期Ｔ２として「Ｔ２２」を検出する。そして、ＰＣＭ１０は、検出した第２の着火時期Ｔ２２と第１の着火時期Ｔ１２との差分ｄＴとして「ｄＴ２」を得る（ｄＴ２＝Ｔ２２−Ｔ１２）。このように低いオクタン価の燃料を用いた場合に得られた差分ｄＴ２は、高いオクタン価の燃料を用いた場合に得られた差分ｄＴ１よりも大きくなる。その理由は、上述した通りである。

この後、ＰＣＭ１０は、上記のような手順で第２の着火時期Ｔ２と第１の着火時期Ｔ２との差分ｄＴを得ると、その差分ｄＴの大きさに基づいて燃料の着火性を判定する。具体的には、ＰＣＭ１０は、第２の着火時期Ｔ２と第１の着火時期Ｔ１との差分ｄＴが大きくなるほど、より着火性が高い燃料であると判定する。また、ＰＣＭ１０は、第２の着火時期Ｔ２と第１の着火時期Ｔ１との差分に基づいて燃料のオクタン価を推定することもできる。その場合、第２の着火時期Ｔ２と第１の着火時期Ｔ１との差分ｄＴに対してオクタン価を対応付けたマップを事前に作成しておけば、そのようなマップを参照することで、今回得られた第２の着火時期Ｔ２と第１の着火時期Ｔ１との差分ｄＴに対応する燃料のオクタン価を決定することができる。

ここで、第１の着火時期Ｔ１を検出するために適用する第１のオゾン濃度ＯＺ１は、気筒１８内で混合気を確実に圧縮着火させることができるオゾン濃度、具体的にはこれ以上オゾン濃度を上昇させても着火時期がほとんど進角しないようなオゾン濃度（言い換えると着火時期のサチュレーションが生じ始めるオゾン濃度）を適用するのがよい。こうすることで、燃料の着火性判定の開始時に、気筒１８内での混合気の圧縮着火を適切に確保しつつ、この後に、オゾン濃度を第１のオゾン濃度ＯＺ１から第２のオゾン濃度ＯＺ２へと減少させることで、第１の着火時期Ｔ１と第２の着火時期Ｔ２との間に十分な大きさの差分ｄＴを生じさせて、燃料の着火性を適切に判定することが可能となる。
また、上記のように、着火時期のサチュレーションが生じ始めるオゾン濃度を第１のオゾン濃度ＯＺ１に適用しているのは、当該オゾン濃度ＯＺ１よりも大きなオゾン濃度を適用しても、着火時期がほとんど変化しない、つまり着火時期がほとんど進角側に変化しないからである。このように、第１のオゾン濃度ＯＺ１を、着火時期のサチュレーションが生じ始めるオゾン濃度に制限することで、オゾン濃度を無駄に上昇させてしまうことを抑制することができ、オゾン発生器７６が無駄に電力を消費してしまうことを抑制することが可能となる。

次に、図７を参照して、本発明の実施形態による燃料の着火性判定処理について説明する。図７は、本発明の実施形態による燃料の着火性判定処理を示すフローチャートである。このフローは、ＰＣＭ１０によって、車両の運転時に所定の周期で繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１では、ＰＣＭ１０は、エンジン１の運転領域が、ＣＩモードにおける低負荷領域に相当する領域Ｒ１１（図５参照）であるか否かを判定する。つまり、オゾン発生器７６が発生したオゾンを気筒１８内に導入すべき運転領域であるか否か、言い換えると本実施形態による燃料の着火性判定を実施することとした運転領域であるか否かを判定する。ステップＳ１の判定の結果、エンジン１の運転領域が領域Ｒ１１である場合には（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ２に進み、エンジン１の運転領域が領域Ｒ１１でない場合には（ステップＳ１：Ｎｏ）、処理は終了する。

ステップＳ２では、ＰＣＭ１０は、これまでに燃料の着火性判定を行っていないか否かを判定する。具体的には、ＰＣＭ１０は、給油後に燃料の着火性判定を行っていないか否かを判定する。こうすることで、給油された際に燃料の着火性判定を行うこととし、給油後に燃料の着火性判定を一旦行った場合には、再度の着火性判定は不要として、当該判定を行わないこととしている。なお、エンジン１の始動時に、燃料の着火性判定を毎回行うこととしてもよい。
ステップＳ２の判定の結果、燃料の着火性判定を未だ行っていない場合には（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ３に進み、燃料の着火性判定を既に行っている場合には（ステップＳ２：Ｎｏ）、処理は終了する。

ステップＳ３では、ＰＣＭ１０は、事前に定めた第１のオゾン濃度ＯＺ１の吸気を気筒１８内に導入するように、オゾン発生器７６を制御する。次いで、ステップＳ４では、ＰＣＭ１０は、筒内圧センサＳＷ６から入力された検出信号に基づき、第１のオゾン濃度ＯＺ１の吸気を気筒１８内に導入したときの第１の着火時期Ｔ１を検出する。この場合、ＰＣＭ１０は、筒内圧センサＳＷ６から入力された検出信号に対応する筒内圧が所定圧以上となったタイミングを、第１の着火時期Ｔ１として検出する。

次いで、ステップＳ５では、ＰＣＭ１０は、事前に定めた第２のオゾン濃度ＯＺ２（＜第１のオゾン濃度ＯＺ１）の吸気を気筒１８内に導入するように、オゾン発生器７６を制御する。この場合、ＰＣＭ１０は、気筒１８内に導入する吸気のオゾン濃度を減少させるように、オゾン発生器７６を制御する。次いで、ステップＳ６では、ＰＣＭ１０は、筒内圧センサＳＷ６から入力された検出信号に基づき、第２のオゾン濃度ＯＺ２の吸気を気筒１８内に導入したときの第２の着火時期Ｔ２を検出する。この場合、ＰＣＭ１０は、筒内圧センサＳＷ６から入力された検出信号に対応する筒内圧が所定圧以上となったタイミングを、第２の着火時期Ｔ２として検出する。

次いで、ステップＳ７では、ＰＣＭ１０は、ステップＳ４で検出した第１の着火時期Ｔ１とステップＳ６で検出した第２の着火時期Ｔ２とに基づいて、燃料の着火性を判定する。具体的には、ＰＣＭ１０は、第２の着火時期Ｔ２と第１の着火時期Ｔ１との差分ｄＴ（ｄＴ＝Ｔ２−Ｔ１）を求め、この差分ｄＴの大きさに基づき、燃料の着火性を判定する。１つの例では、ＰＣＭ１０は、第２の着火時期Ｔ２と第１の着火時期Ｔ１との差分ｄＴが大きくなるほど、より着火性が高い燃料であると判定する。他の例では、ＰＣＭ１０は、第２の着火時期Ｔ２と第１の着火時期Ｔ１との差分ｄＴが所定値以上である場合には、燃料の着火性が高いと判定し、第２の着火時期Ｔ２と第１の着火時期Ｔ１との差分ｄＴが当該所定値未満である場合には、燃料の着火性が低いと判定する。

［作用効果］
以上述べた本発明の実施形態による圧縮着火式エンジンの制御装置によれば、第１のオゾン濃度ＯＺ１の吸気を気筒１８内に導入したときに第１の着火時期Ｔ１を検出すると共に、第１のオゾン濃度ＯＺ１とは異なる第２のオゾン濃度ＯＺ２の吸気を気筒１８内に導入したときに第２の着火時期Ｔ２を検出して、検出された第１の着火時期Ｔ１と第２の着火時期Ｔ２との差分ｄＴに基づいて、燃料の着火性を判定するので、オクタン価などの燃料性状の違いに起因して明確に現れる、オゾン濃度の変化に対する着火時期の変化度合いの違い（つまり着火時期の進角度合いの違い）を利用して、燃料の着火性を精度良く判定することが可能となる。

特に、本実施形態によれば、気筒１８内で混合気を確実に圧縮着火させることができる第１のオゾン濃度ＯＺ１を適用した後に、この第１のオゾン濃度ＯＺ１を所定量減少させた第２のオゾン濃度ＯＺ２を適用して着火性判定を行うので、着火性判定の開始時に混合気の圧縮着火を適切に確保しつつ、第１の着火時期Ｔ１と第２の着火時期Ｔ２との間に十分な大きさの差分ｄＴを生じさせて、燃料の着火性を精度良く判定することが可能となる。

［変形例］
上記した実施形態では、ＰＣＭ１０は、筒内圧センサＳＷ６の検出信号に基づいて混合気の着火時期を検出していたが、他の例では、筒内圧センサＳＷ６の代わりに、気筒１８に設けたイオン電流センサ（例えば点火プラグ２５に設けられる）の検出信号、若しくはクランク角センサＳＷ１２の検出信号に基づいて、混合気の着火時期を検出してもよい。

また、上記した実施形態では、オゾン濃度を第１のオゾン濃度ＯＺ１から第２のオゾン濃度ＯＺ２へと減少させて燃料の着火性を判定していたが、他の例では、オゾン濃度を第２のオゾン濃度ＯＺ２から第１のオゾン濃度ＯＺ１へと増加させて燃料の着火性を判定してもよい。この場合にも、第１のオゾン濃度ＯＺ１と第２のオゾン濃度ＯＺ２との差が十分に確保されていれば、それらを適用したときに検出される第１の着火時期Ｔ１と第２の着火時期Ｔ２との間にも十分な大きさの差分ｄＴが現れるため、燃料の着火性を適切に判定することができる。

また、上記した実施形態では、気筒１８内に導入する吸気のオゾン濃度を変化させて燃料の着火性を判定していたが、こうすることは、気筒１８内に導入するオゾン量を変化させて燃料の着火性を判定することと同義である。

１ エンジン（エンジン本体）
１０ ＰＣＭ
１８ 気筒
２５ 点火プラグ
３０ 吸気通路
７６ オゾン発生器（Ｏ₃発生器）
ＳＷ６ 筒内圧センサ

Claims (5)

1. 所定の運転領域において、気筒内にオゾンを導入して、気筒内の混合気を圧縮着火させる圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   気筒内に導入するオゾン量を制御するオゾン量制御手段と、
   気筒内の混合気の着火時期を検出する着火時期検出手段と、
   上記着火時期検出手段が検出した着火時期に基づき、燃料の着火性を判定する着火性判定手段と、を備え、
   上記オゾン量制御手段は、第１のオゾン量を気筒内に導入した後に、この第１のオゾン量を増加又は減少させた第２のオゾン量を気筒内に導入する制御を行い、
   上記着火性判定手段は、上記オゾン量制御手段が上記第１のオゾン量を気筒内に導入したときに上記着火時期検出手段が検出した第１の着火時期と、上記オゾン量制御手段が上記第２のオゾン量を気筒内に導入したときに上記着火時期検出手段が検出した第２の着火時期との差分に基づいて、燃料の着火性を判定する、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。
2. 上記オゾン量制御手段は、上記第１のオゾン量を気筒内に導入した後に、この第１のオゾン量を所定量減少させて、上記第２のオゾン量を気筒内に導入する、請求項１に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置。
3. 上記第１のオゾン量は、気筒内で混合気を確実に圧縮着火させることができるオゾン量である、請求項２に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置。
4. 上記着火性判定手段は、上記第１の着火時期と上記第２の着火時期との差分が大きいほど、より着火性が高い燃料であると判定する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置。
5. 上記圧縮着火式エンジンには、ガソリン燃料が供給され、
   上記着火性判定手段は、上記第１の着火時期と上記第２の着火時期との差分が大きいほど、よりオクタン価が低い燃料であると判定する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置。

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