JP2018080636A

JP2018080636A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2018080636A
Application number: JP2016223492A
Authority: JP
Inventors: 繁幸浦野; Shigeyuki Urano
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-11-16
Filing date: 2016-11-16
Publication date: 2018-05-24

Abstract

【課題】オゾン供給装置の故障判定の精度の低下を抑制する。
【解決手段】内燃機関１００の制御装置２００が、所定の運転領域においてオゾン供給装置の故障を判定する故障判定部を備える。故障判定部は、予混合気の実自着火時期を検出する実自着火時期検出部と、予混合気の予想自着火時期を算出する予想自着火時期算出部と、燃焼室１１内に供給された燃料量の変化に起因して変動する自着火時期以外の第１パラメータの実際値を検出する第１パラメータ実際値検出部と、第１パラメータの予想値を算出する第１パラメータ予想値算出部と、を備え、実自着火時期と予想自着火時期との差が第１所定値以上のときは、第１パラメータの実際値と予想値との差が第２所定値以上であれば、燃料供給装置２が故障していると判定し、第１パラメータの実際値と予想値との差が第２所定値未満であれば、オゾン供給装置が故障していると判定するように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関する。

特許文献１には、従来の内燃機関の制御装置として、燃焼室にオゾンを供給するためのオゾン供給装置の故障を、筒内圧センサによって検出した筒内圧力に基づいて診断するように構成されたものが開示されている。

特開２００８−０２５４０５号公報

しかしながら、予混合気を圧縮自着火燃焼させて機関本体の運転を行う運転領域を持つ内燃機関の場合、例えば燃料噴射装置が故障した場合にもオゾン供給装置が故障した場合と同様な変化が生じるため、オゾン供給装置と他の装置との故障判別を行うことができず、オゾン供給装置の故障判定の精度が低下するという問題点がある。

本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、オゾン供給装置の故障判定の精度の低下を抑制することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、機関本体と、機関本体の燃焼室に直接燃料を供給するための燃料供給装置と燃焼室に直接又は間接的にオゾンを供給するためのオゾン供給装置と、を備える内燃機関を制御する内燃機関の制御装置が、所定の運転領域において燃焼室内で予混合気が圧縮自着火燃焼するように燃料供給装置及び前記オゾン供給装置を制御する燃焼制御部と、所定の運転領域においてオゾン供給装置の故障を判定する故障判定部と、を備える。そして故障判定部は、予混合気の実自着火時期を検出する実自着火時期検出部と、予混合気の予想自着火時期を算出する予想自着火時期算出部と、燃焼室内に供給された燃料量の変化に起因して変動する自着火時期以外の第１パラメータの実際値を検出する第１パラメータ実際値検出部と、第１パラメータの予想値を算出する第１パラメータ予想値算出部と、を備え、実自着火時期と予想自着火時期との差が第１所定値以上のときは、第１パラメータの実際値と予想値との差が第２所定値以上であれば、燃料供給装置が故障していると判定し、第１パラメータの実際値と予想値との差が第２所定値未満であれば、オゾン供給装置が故障していると判定するように構成される。

本発明のこの態様によれば、オゾン供給装置が故障しているのか、又は燃料供給装置が故障しているのかを判定することできるため、オゾン供給装置の故障判定の精度の低下を抑制することができる。

図１は、本発明の第１実施形態による内燃機関及び内燃機関を制御する電子制御ユニットの概略構成図である。図２は、本発明の第１実施形態による内燃機関の機関本体の断面図である。図３Ａは、本発明の第１実施形態による内燃機関の気筒をシリンダヘッド側から見た概略図である。図３Ｂは、本発明の第１実施形態の第１変形例による内燃機関の気筒をシリンダヘッド側から見た概略図である。図３Ｃは、本発明の第１実施形態の第２変形例による内燃機関の気筒をシリンダヘッド側から見た概略図である。図４は、機関本体の運転領域を示す図である。図５Ａは、ＣＩ運転モード中における吸気弁及び排気弁の開弁動作の一例を示した図である。図５Ｂは、ＣＩ運転モード中における吸気弁及び排気弁の開弁動作の一例を示した図である。図６は、予混合圧縮自着火燃焼を実施した場合のクランク角と熱発生率との関係を示した図である。図７は、燃焼室内において空間的に濃度差が生じるように吸気行程中にオゾンを供給しつつ、予混合圧縮自着火燃焼を実施した場合のクランク角と熱発生率との関係を示した図である。図８は、本発明の第１実施形態によるＣＩ運転モード中におけるオゾン供給装置の故障判定制御について説明するフローチャートである。図９は、筒内圧力Ｐに基づいて実自着火時期を検出する方法について説明する図である。図１０は、累積熱発生量に基づいて実自着火時期を検出する方法について説明する図である。図１１は、累積熱発生量に基づいて実自着火時期を検出する別の方法について説明する図である。図１２は、本発明の第１実施形態による故障判別処理の詳細な内容について説明するフローチャートである。図１３は、本発明の第２実施形態による故障判別処理の詳細な内容について説明するフローチャートである。図１４は、燃焼室内において空間的に濃度差が生じるように吸気行程中にオゾンを供給しつつ、着火アシスト自着火燃焼を実施した場合のクランク角と熱発生率との関係を示した図である。図１５は、本発明の第３実施形態によるＣＩ運転モード中におけるオゾン供給装置の故障判定制御について説明するフローチャートである。図１６は、本発明の第３実施形態による故障判別処理の詳細な内容について説明するフローチャートである。図１７は、本発明の第４実施形態による故障判別処理の詳細な内容について説明するフローチャートである。図１８は、本発明の第４実施形態によるオゾン供給装置と点火装置との故障判別処理の詳細な内容について説明するフローチャートである。図１９は、本発明の第５実施形態によるＣＩ運転モード中におけるオゾン供給装置の故障判定制御について説明するフローチャートである。図２０は、本発明の第５実施形態によるオゾン供給装置の故障判定処理の詳細な内容について説明するフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。

（第１実施形態）
まず、図１から図３Ａを参照して本発明の第１実施形態による内燃機関１００、及び内燃機関１００を制御する電子制御ユニット２００の構成について説明する。図１は、本実施形態による内燃機関１００、及び内燃機関１００を制御する電子制御ユニット２００の概略構成図である。図２は、内燃機関１００の機関本体１の概略断面図である。図３Ａは、気筒１０をシリンダヘッド側から見た概略図である。

内燃機関１００は、複数の気筒１０を備える機関本体１と、燃料供給装置２と、吸気装置３と、排気装置４と、吸気動弁装置５と、排気動弁装置６と、を備える。

機関本体１は、各気筒１０に形成される燃焼室１１内（図２参照）で燃料を燃焼させて、例えば車両などを駆動するための動力を発生させる。機関本体１には、気筒毎に点火装置としての１つの点火プラグ１６が、各気筒１０の燃焼室１１に臨むように設けられると共に、気筒毎に一対の吸気弁５０と一対の排気弁６０とが設けられる。図２に示すように、各気筒１０の内部には、燃焼圧力を受けて各気筒１０の内部を往復運動するピストン１２が収められる。ピストン１２は、コンロッドを介してクランクシャフトと連結されており、クランクシャフトによってピストン１２の往復運動が回転運動に変換される。

燃料供給装置２は、電子制御式の燃料噴射弁２０と、デリバリパイプ２１と、サプライポンプ２２と、燃料タンク２３と、圧送パイプ２４と、を備える。

燃料噴射弁２０は、燃焼室１１の中央頂部に配置され、各気筒１０の燃焼室１１に臨むように各気筒１０に１つ設けられる。図２に示すように本実施形態では、点火プラグ１６の電極部１６ａが、燃料噴射弁２０の燃料噴射領域Ｒ内又は燃料噴射領域Ｒの近傍に位置するように、点火プラグ１６に隣接して燃料噴射弁２０を配置することで、燃料噴射の直後に燃料噴射領域Ｒ内又は燃料噴射領域Ｒの近傍の燃料噴霧に対して点火を行ういわゆるスプレーガイドが実施できるようにしている。燃料噴射弁２０の開弁時間（噴射量）及び開弁時期（噴射時期）は電子制御ユニット２００からの制御信号によって変更され、燃料噴射弁２０が開弁されると燃料噴射弁２０から燃焼室１１内に直接燃料が噴射される。

デリバリパイプ２１は、圧送パイプ２４を介して燃料タンク２３に接続される。圧送パイプ２４の途中には、燃料タンク２３に貯蔵された燃料を加圧してデリバリパイプ２１に供給するためのサプライポンプ２２が設けられる。デリバリパイプ２１は、サプライポンプ２２から圧送されてきた高圧燃料を一時的に貯蔵する。燃料噴射弁２０が開弁されると、デリバリパイプ２１に貯蔵された高圧燃料が燃料噴射弁２０から燃焼室１１内に直接噴射される。デリバリパイプ２１には、デリバリパイプ２１内の燃料圧力、すなわち燃料噴射弁２０から気筒内に噴射される燃料の圧力（噴射圧）を検出するための燃圧センサ２１１が設けられる。

サプライポンプ２２は、吐出量を変更することができるように構成されており、サプライポンプ２２の吐出量は、電子制御ユニット２００からの制御信号によって変更される。サプライポンプ２２の吐出量を制御することで、デリバリパイプ２１内の燃料圧力、すなわち燃料噴射弁２０の噴射圧が制御される。

吸気装置３は、燃焼室１１内に吸気を導くための装置であって、燃焼室１１内に吸入される吸気の状態（吸気圧、吸気温、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガス量）を変更することができるように構成されている。吸気装置３は、吸気通路３０と、吸気マニホールド３１と、ＥＧＲ通路３２と、を備える。

吸気通路３０は、一端がエアクリーナ３４に接続され、他端が吸気マニホールド３１の吸気コレクタ３１ａに接続される。吸気通路３０には、上流から順にエアフローメータ２１２、排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７１、インタークーラ３５及びスロットル弁３６が設けられる。

エアフローメータ２１２は、吸気通路３０内を流れて最終的に気筒１０内に吸入される空気の流量を検出する。

コンプレッサ７１は、コンプレッサハウジング７１ａと、コンプレッサハウジング７１ａ内に配置されたコンプレッサホイール７１ｂと、を備える。コンプレッサホイール７１ｂは、同軸上に取り付けられた排気ターボチャージャ７のタービンホイール７２ｂによって回転駆動され、コンプレッサハウジング７１ａ内に流入してきた吸気を圧縮して吐出する。排気ターボチャージャ７のタービン７２には、タービンホイール７２ｂの回転速度を制御するための可変ノズル７２ｃが設けられており、可変ノズル７２ｃによってタービンホイール７２ｂの回転速度が制御されることで、コンプレッサハウジング７１ａ内から吐出される吸気の圧力（過給圧）が制御される。

インタークーラ３５は、コンプレッサ７１によって圧縮されて高温になった吸気を、例えば走行風や冷却水などによって冷却するための熱交換器である。

スロットル弁３６は、吸気通路３０の通路断面積を変化させることで、吸気マニホールド３１に導入する吸気量を調整する。スロットル弁３６は、スロットルアクチュエータ３６ａによって開閉駆動され、スロットルセンサ２１３によってその開度（スロットル開度）が検出される。

吸気マニホールド３１は、機関本体１に形成された吸気ポート１４に接続されており、吸気通路３０から流入してきた吸気を、吸気ポート１４を介して各気筒１０の燃焼室１１内に均等に分配する。吸気マニホールド３１の吸気コレクタ３１ａには、筒内に吸入される吸気の圧力（吸気圧）を検出するための吸気圧センサ２１４と、筒内に吸入される吸気の温度（吸気温）を検出するための吸気温センサ２１５と、が設けられる。

ＥＧＲ通路３２は、排気マニホールド４１と吸気マニホールド３１の吸気コレクタ３１ａを連通し、各気筒１０から排出された排気の一部を圧力差によって吸気コレクタ３１ａに戻すための通路である。以下、ＥＧＲ通路３２に流入した排気のことを「ＥＧＲガス」という。ＥＧＲガスを吸気コレクタ３１ａ、ひいては各気筒１０に還流させることで、燃焼温度を低減させて窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出を抑えることができる。ＥＧＲ通路３２には、上流から順にＥＧＲクーラ３７と、ＥＧＲ弁３８と、が設けられる。

ＥＧＲクーラ３７は、ＥＧＲガスを、例えば走行風や冷却水などによって冷却するための熱交換器である。

ＥＧＲ弁３８は、連続的又は段階的に開度を調整することができる電磁弁であり、その開度は機関運転状態に応じて電子制御ユニット２００によって制御される。ＥＧＲ弁３８の開度を制御することで、吸気コレクタ３１ａに還流させるＥＧＲガスの流量が調節される。

排気装置４は、筒内から排気を排出するための装置であって、排気マニホールド４１と、排気通路４２と、を備える。

排気マニホールド４１は、機関本体１に形成された排気ポート１５に接続されており、各気筒１０から排出された排気を纏めて排気通路４２に導入する。

排気通路４２には、上流から順に排気ターボチャージャ７のタービン７２と、排気後処理装置４３と、が設けられる。

タービン７２は、タービンハウジング７２ａと、タービンハウジング７２ａ内に配置されたタービンホイール７２ｂと、を備える。タービンホイール７２ｂは、タービンハウジング７２ａ内に流入してきた排気のエネルギによって回転駆動され、同軸上に取り付けられたコンプレッサホイール７１ｂを駆動する。

タービンホイール７２ｂの外側には、前述した可変ノズル７２ｃが設けられている。可変ノズル７２ｃは絞り弁として機能し、可変ノズル７２ｃのノズル開度（弁開度）は電子制御ユニット２００によって制御される。可変ノズル７２ｃのノズル開度を変化させることでタービンホイール７２ｂを駆動する排気の流速をタービンハウジング７２ａ内で変化させることができる。すなわち、可変ノズル７２ｃのノズル開度を変化させることで、タービンホイール７２ｂの回転速度を変化させて過給圧を変化させることができる。具体的には、可変ノズル７２ｃのノズル開度を小さくする（可変ノズル７２ｃを絞る）と、排気の流速が上がってタービンホイール７２ｂの回転速度が増大し、過給圧が増大する。

排気後処理装置４３は、排気を浄化した上で外気に排出するための装置であって、有害物質を浄化する各種の排気浄化触媒や有害物質を捕集するフィルタなどを備える。

吸気動弁装置５は、各気筒１０の吸気弁５０を開閉駆動するための装置であって、機関本体１に設けられる。本実施形態による吸気動弁装置５は、吸気弁５０の開閉時期を任意の時期に制御できるように、例えば電磁アクチュエータによって吸気弁５０を開閉駆動するように構成される。しかしながら、これに限らず、吸気カムシャフトによって吸気弁５０を開閉駆動するように構成し、当該吸気カムシャフトの一端部に油圧制御によってクランクシャフトに対する吸気カムシャフトの相対位相角を変更する可変動弁機構を設けることによって、吸気弁５０の開閉時期を任意の時期に制御できるようにしてもよい。

排気動弁装置６は、各気筒１０の排気弁６０を開閉駆動するための装置であって、機関本体１に設けられる。本実施形態による排気動弁装置６は、各気筒１０の排気弁６０を排気行程中に開弁させると共に、必要に応じて吸気行程中にも開弁させることができるように構成される。本実施形態ではこのような排気動弁装置６として、電子制御ユニット２００によって制御される電磁アクチュエータを採用し、各気筒１０の排気弁６０を電磁アクチュエータによって開閉駆動することで、排気弁６０の開閉時期やリフト量を任意の時期及びリフト量に制御している。なお、排気動弁装置６としては、電磁アクチュエータに限らず、例えば油圧等によってカムプロフィールを変更することで排気弁６０の開閉時期やリフト量を変更する動弁装置を採用することもできる。

図１及び図３Ａに示すように、本実施形態による内燃機関１００は、オゾン供給装置としての放電プラグ８１をさらに備える。放電プラグ８１は、各気筒１０の燃焼室１１に臨むように、各気筒１０にそれぞれ１つずつ設けられる。放電プラグ８１は、電子制御ユニット２００によって制御され、放電（無声放電やコロナ放電、ストリーマ放電等）によって燃焼室１１内の酸素をオゾンに変換し、燃焼室１１内にオゾンを供給する。

図３Ａに示すように本実施形態では、放電プラグ８１を気筒１０の中心に対して偏りをもって配置すると共に、吸気ポート１４の燃焼室開口部１４ａと排気ポート１５の燃焼室開口部１５ａとの間に配置している。また本実施形態では、吸気ポート１４の一方の燃焼室開口部１４ａから燃焼室１１内に吸入される吸気と、他方の燃焼室開口部１４ｂから燃焼室１１内に吸入される吸気と、が燃焼室１１内で混合されるのを抑制するために、燃焼室開口部１４ａ及び燃焼室開口部１４ｂから燃焼室１１内に吸入される吸気が、それぞれ燃焼室１１内でタンブル流を起こすように吸気ポート１４を形成している。

これにより、放電プラグ８１によって吸気行程中にオゾンを生成することで、燃焼室１１内において、吸気ポート１４の燃焼室開口部１４ａから吸入された吸気が主に存在する領域のオゾン濃度を、吸気ポート１４の燃焼室開口部１４ｂから吸入された吸気が主に存在する領域のオゾン濃度よりも高くすることができる。このように本実施形態では、燃焼室１１内で空間的に濃度差が生じるようにオゾンを供給することができるようにしている。

なお、燃焼室１１内で空間的に濃度差が生じるようにオゾンを供給する方法は、このような方法以に限られるものではない。

例えば図３Ｂの本実施形態の第１変形例による内燃機関１００のように、主に燃焼室開口部１４ａから燃焼室１１内に吸入される吸気にオゾンが含まれるように、吸気ポート１４に１つの放電プラグ８１を設けても良い。また図３Ｃの本実施形態の第２変形例による内燃機関１００のように、燃焼室開口部１４ａ及び燃焼室開口部１４ｂから燃焼室１１内にそれぞれ吸入される吸気にオゾンが含まれるように２つの放電プラグ８１を設け、各放電プラグ８１によるオゾンの生成量を異ならせるようにしても良い。

また図示はしないが、予め生成しておいたオゾンを噴射弁等によって燃焼室１１内又は吸気ポート１４内に噴射することによって、燃焼室１１内で濃度差が生じるようにオゾンを供給することができるようにオゾン供給装置を構成しても良い。

電子制御ユニット２００は、デジタルコンピュータから構成され、双方性バス２０１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）２０２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２０３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）２０４、入力ポート２０５及び出力ポート２０６を備える。

入力ポート２０５には、前述した燃圧センサ２１１などの出力信号の他にも、気筒毎に設けられて気筒１０の内部圧力（以下「筒内圧力」という。）を検出するための筒内圧センサ２１９などの出力信号が、対応する各ＡＤ変換器２０７を介して入力される。また入力ポート２０５には、機関負荷を検出するための信号として、アクセルペダル２３１の踏み込み量（以下「アクセル踏込量」という。）に比例した出力電圧を発生する負荷センサ２１７の出力電圧が、対応するＡＤ変換器２０７を介して入力される。また入力ポート２０５には、機関回転速度などを算出するための信号として、機関本体１のクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ２１８の出力信号が入力される。このように入力ポート２０５には、内燃機関１００を制御するために必要な各種センサの出力信号が入力される。

出力ポート２０６は、対応する駆動回路２０８を介して、燃料噴射弁２０などの各制御部品に接続される。

電子制御ユニット２００は、入力ポート２０５に入力された各種センサの出力信号に基づいて、各制御部品を制御するための制御信号を出力ポート２０６から出力して内燃機関１００を制御する。以下、電子制御ユニット２００が実施する内燃機関１００の制御について説明する。

電子制御ユニット２００は、機関運転状態（機関回転速度及び機関負荷）に基づいて、機関本体１の運転モードを火花点火運転モード（以下「ＳＩ運転モード」という。）、又は圧縮自着火運転モード（以下「ＣＩ運転モード」という。）のいずれかに切り替える。

具体的には電子制御ユニット２００は、機関運転状態が図４に実線で囲まれた自着火領域ＲＲ内にあれば、運転モードをＣＩ運転モードに切り替え、自着火領域ＲＲ以外の領域内にあれば、運転モードをＳＩ運転モードに切り替える。そして電子制御ユニット２００は、各運転モードに応じた燃焼制御を実施する。

電子制御ユニット２００は、運転モードがＳＩ運転モードのときには、基本的に燃焼室１１内に理論空燃比又は理論空燃比近傍の予混合気を形成して点火プラグ１６による点火を行い、その予混合気を火炎伝播燃焼させて機関本体１の運転を行う。

また電子制御ユニット２００は、運転モードがＣＩ運転モードのときには、基本的に燃焼室１１内に理論空燃比よりもリーンな空燃比（例えば３０〜４０程度）の予混合気を形成し、その予混合気を圧縮自着火燃焼させて機関本体１の運転を行う。本実施形態では、予混合気として燃焼室１１内の中央部に可燃層を有し、気筒内壁面の周りに空気層を有する成層予混合気を形成している。

予混合圧縮自着火燃焼は、火炎伝播燃焼と比べて空燃比をリーンにしても実施でき、また圧縮比を高くしても実施できる。そのため、予混合圧縮自着火燃焼を実施することで、燃費を向上させることができると共に、熱効率を向上させることができる。また、予混合圧縮自着火燃焼は、火炎伝播燃焼と比べて燃焼温度が低くなるため、ＮＯｘの発生を抑制することができる。さらに燃料の周りには十分な酸素が存在するため、未燃ＨＣの発生も抑制することができる。

なお、予混合圧縮自着火燃焼を実施するには、予混合気を自着火させることが可能な温度まで筒内温度を上昇させる必要があり、ＳＩ運転モード中のように予混合気を燃焼室１１内で全て火炎伝播燃焼させるときよりも筒内温度を高温にする必要がある。そのため本実施形態では、例えば図５Ａ及び図５Ｂに示すように、ＣＩ運転モード中は、必要に応じて排気弁６０が排気行程の他に吸気行程でも開弁するように排気動弁装置６を制御している。このように、排気弁６０を吸気行程中に再度開弁する排気弁２度開き動作を実施することで、排気行程中に自気筒から排出された高温の排気を直後の吸気行程中に自気筒に吸い戻すことができる。これにより筒内温度を上昇させて、各気筒１０の筒内温度を、予混合圧縮自着火燃焼を実施可能な温度に維持している。

図５Ａに示すように、吸気弁５０のリフト量が小さいときに排気弁６０を開弁すれば、
多量の排気を自気筒に吸い戻すことができるので、筒内温度を大きく上昇させることができる。一方で図５Ｂに示すように、吸気弁５０のリフト量がある程度大きくなった後に排気弁６０を開弁すれば、筒内にある程度空気（新気）が吸入された後に排気が吸い戻されることになるので、自気筒に吸い戻す排気の量を抑えて筒内温度の上昇幅を抑えることができる。このように、排気弁２度開き動作を実施するタイミングに応じて、筒内温度の上昇幅を制御することができる。本実施形態では、筒内ガス量中に占めるＥＧＲガス量及び自気筒に吸い戻された排気の量の割合をＥＧＲ率と称する。

ところで、予混合気を圧縮自着火燃焼させた場合は、燃焼室１１内に拡散させた燃料が多点で同時期に自着火することになる。そのため、予混合気を火炎伝播燃焼させた場合よりも燃焼騒音が増大するという問題がある。

図６は、吸気行程から圧縮行程中の任意の時期（図６の例では−５０［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］）に、燃料噴射弁２０から機関負荷に応じた所定量の燃料を１回だけ噴射して圧縮自着火燃焼を実施した場合のクランク角と熱発生率との関係を示した図である。熱発生率（ｄＱ／ｄθ）［Ｊ／ｄｅｇ．ＣＡ］とは、予混合気の燃焼によって生じる単位クランク角あたりの熱量、すなわち単位クランク角あたりの熱発生量Ｑのことである。なお以下の説明では、このクランク角と熱発生率との関係を示した燃焼波形のことを、必要に応じて「熱発生率パターン」という。

前述したように、予混合気を圧縮自着火燃焼させた場合は、燃焼室１１内に拡散させた燃料が多点で同時期に自着火するので、火炎伝播燃焼させたときよりも燃焼速度が速くなって燃焼期間が短くなる。そのため図６に示すように、予混合気を圧縮自着火燃焼させた場合は、熱発生率パターンのピーク値、及び熱発生率パターンの燃焼初期（図６にハッチングで示した領域）における傾き（ｄ^２Ｑ／（ｄθ）^２）のそれぞれが比較的大きくなる傾向にある。

燃焼騒音は、この熱発生率パターンのピーク値及び燃焼初期における傾きのそれぞれと相関があり、熱発生率パターンのピーク値が大きくなるほど、またその燃焼初期における傾きが大きくなるほど、大きくなる。そのため、予混合気を圧縮自着火燃焼させた場合は、予混合気を火炎伝播燃焼させたときよりも、燃焼騒音が増大するのである。

ここで、熱発生率パターンのピーク値及び燃焼初期における傾きのそれぞれを小さくして燃焼騒音を小さくする方法としては、燃焼室１１内において空間的又は時間的に濃度差が生じるようにオゾンを供給することで、時間差を設けて段階的に圧縮自着火燃焼を生じさせる方法がある。

燃焼室１１内に供給されたオゾンは、燃焼室１１内の温度が所定温度（例えば５００［Ｋ］から６００［Ｋ］程度）まで上昇すると分解されて、活性種の一種である酸素ラジカルを発生させる。酸素ラジカルは、燃料分子に作用することで燃料の自着火性を高めることが知られており、燃焼室１１内に存在する酸素ラジカル量が多くなるほど、予混合気の自着火時期が早くなる。

したがって、例えば本実施形態のように、燃焼室１１内において空間的に濃度差が生じるようにオゾンを供給することで、燃焼室１１内で相対的にオゾン濃度（より厳密には酸素ラジカル濃度）が高い領域に存在する予混合気の自着火時期に対して、燃焼室１１内で相対的にオゾン濃度が低い領域に存在する予混合気の自着火時期を遅くすることができる。すなわち、燃焼室１１内において空間的に濃度差が生じるようにオゾンを供給することで、時間差を設けて段階的に圧縮自着火燃焼を生じさせることができる。

また一方で、例えば燃焼室１１内のオゾン濃度が所定値以上のときに１次燃料噴射を実施すると共に、その後にオゾン濃度が所定値未満まで低下してから２次燃料噴射を実施することで、燃焼室１１内において時間的に濃度差が生じるようにオゾンを供給しても、時間差を設けて段階的に圧縮自着火燃焼を生じさせることができる。

図７は、燃焼室１１内において空間的に濃度差が生じるように吸気行程中にオゾンを供給しつつ、燃料噴射弁２０から噴射する燃料の総量を変化させることなく予混合圧縮自着火燃焼を実施した場合のクランク角と熱発生率との関係を示した図である。

図７において、熱発生率パターンＡは、燃焼室１１内で相対的にオゾン濃度が高い領域に存在する予混合気が圧縮自着火燃焼したときの熱発生率パターンである。熱発生率パターンＢは、燃焼室１１内で相対的にオゾン濃度が低い領域に存在する予混合気が圧縮自着火燃焼したときの熱発生率パターンである。熱発生率パターンＣは、熱発生率パターンＡと熱発率パターンＢとを足し合わせた実際の熱発生率パターンである。熱発生率パターンＤは、比較のために示した図６の熱発生率パターンである。

燃焼室１１内において濃度差が生じるようにオゾンが供給されていると、熱発生率パターンＡに示すように、燃焼室１１内で相対的にオゾン濃度が高い領域に存在する予混合気が先に自着火を起こす。そして、熱発生率パターンＢに示すように、燃焼室１１内で相対的にオゾン濃度が低い領域に存在する予混合気が遅れて自着火を起こす。

熱発生率パターンＡ及び熱発生率パターンＢのそれぞれのピーク値及び燃焼初期における傾きは、熱発生率パターンＤのピーク値及び燃焼初期における傾きよりも小さくなる。これは、図６の場合も図７の場合も燃料噴射量の総量は変わらないので、熱発生率パターンＤの形成に寄与する燃料の量と比較して、熱発生率パターンＡの形成に寄与する燃料の量、及び熱発生率パターンＢの形成に寄与する燃料の量はそれぞれ少なくなり、同時期に着火する燃料の量が分散されるためである。その結果、図７に示すように、実際の燃焼波形である熱発生率パターンＣのピーク値及び燃焼初期（図７にハッチングで示した領域）における傾きも、熱発生率パターンＤのピーク値及び燃焼初期における傾きよりも小さくなる。

したがって、このように時間差を設けて段階的に圧縮自着火燃焼を生じさせることで、燃焼騒音を低減させることができる。そこで本実施形態では、運転モードがＣＩ運転モードのときには、時間差を設けて段階的に圧縮自着火燃焼が生じるように、機関運転状態に応じた目標オゾン供給量のオゾンを燃焼室１１内に供給するようにしている。

ところが、オゾン供給装置の故障（異常又は劣化）によって、実際のオゾン供給量（以下「実オゾン供給量」という。）と、機関運転状態に応じた目標オゾン供給量と、のズレが大きくなってしまうと、燃焼騒音を十分に低減させることができなくなるおそれがある。

例えば本実施形態のように、燃焼室１１内において空間的に濃度差が生じるようにオゾンを供給している場合には、実オゾン供給量が目標オゾン供給量よりも少なくなると、燃焼室１１内におけるオゾン濃度差が通常よりも小さくなってしまう。そのため、燃焼室１１内で相対的にオゾン濃度が高い領域に存在する予混合気の自着火時期と、燃焼室１１内で相対的にオゾン濃度が低い領域に存在する予混合気の自着火時期と、に時間差がつきにくくなる。すなわち、燃焼室１１内で相対的にオゾン濃度が高い領域に存在する予混合気の自着火時期と、燃焼室１１内で相対的にオゾン濃度が低い領域に存在する予混合気の自着火時期と、の間隔が短くなってしまい、熱発生率パターンのピーク値及び燃焼初期における傾きの抑制効果が少なくなって燃焼騒音を十分に低減させることができなくなってしまうおそれがある。

また本実施形態では、予混合気を自着火させたときの主燃焼が膨張行程で生じるように燃料噴射時期を制御しているが、燃焼室１１内において空間的に濃度差が生じるようにオゾンを供給している場合において、実オゾン供給量が目標オゾン供給量よりも多くなると、燃焼室１１内で相対的にオゾン濃度が高い領域に存在する予混合気の自着火時期が進角し、通常よりも筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔが高いクランク角で主燃焼が生じるおそれがある。通常よりも筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔが高いクランク角で予混合気が自着火すると、通常よりも燃焼速度が速くなる傾向にあり、その結果、熱発生率のピーク値及び燃焼初期における傾きが大きなって、燃焼騒音を十分に低減させることができなくなってしまうおそれがある。

したがって、オゾン供給装置が故障した場合には、その故障を早期に検知することが望まれる。

ここで、実オゾン供給量が目標オゾン供給量よりも少なかった場合は、その分だけオゾンによる予混合気の自着火促進効果が低下するため、予混合気の自着火時期が通常よりも遅角する。一方で、実オゾン供給量が目標オゾン供給量よりも多かった場合は、その分だけオゾンによる予混合気の自着火促進効果が増大するため、予混合気の自着火時期が通常よりも進角する。

そのため、例えば実際の自着火時期（以下「実自着火時期」という。）を検出し、実自着火時期が、機関運転状態から予想される自着火時期（以下「予想自着火時期」という。）よりも所定クランク角以上進角、又は遅角していれば、オゾン供給装置が故障又は劣化していると判定することができるとも考えられる。すなわち、実自着火時期の予想自着火時期からのズレを検出することで、オゾン供給装置が故障していると判定することができるとも考えられる。

しかしながら、実自着火時期は当量比φによっても変化する。具体的には、燃料噴射量が機関運転状態に応じた目標噴射量よりも多くなった場合には、当量比φが想定よりも大きくなって予混合気が自着火しやすくなるので、自着火時期が進角する。一方で、燃料噴射量が機関運転状態に応じた目標噴射量よりも少なくなった場合には、当量比φが想定よりも小さくなって予混合気が自着火しにくくなるので、自着火時期が遅角する。

すなわち、燃料供給装置２の故障によって、燃料噴射量が機関運転状態に応じた目標噴射量に対して増減した場合も、オゾン供給装置が故障した場合と同様に実自着火時期と予想自着火時期とにズレが生じることになる。したがって、単に実自着火時期と予想自着火時期とのズレを判定するだけでは、オゾン供給装置が故障しているのか、それとも燃料供給装置２が故障しているのかを判別することができない。

ここで、仮に燃料供給装置２が故障して燃料噴射量が目標噴射量に対して増減したときは、自着火時期の他に、排気の空燃比や燃焼期間（例えば膨張行程）における熱発生量の累積値（以下「総熱発生量」という。）、出力トルクなども変化する。具体的には、燃料噴射量が目標噴射量よりも多くなった場合は、多くなった分だけ通常よりも空燃比が小さくなる（すなわち通常よりも空燃比がリッチ側に変化する）。また、燃焼する燃料量が通常よりも増加することになるため、総熱発生量及び出力トルクは基本的に増加する。そして燃料噴射量が目標噴射量よりも少なくなった場合は、少なくなった分だけ通常よりも空燃比が大きくなる（すなわち通常よりも空燃比がリーン側に変化する）。また、燃焼する燃料量が通常よりも減少することになるため、総熱発生量及び出力トルクは基本的に減少する。このように、燃料供給装置２が故障した場合には、各気筒１０から排出される排気の空燃比及び当該空燃比に関連するパラメータが変化すると共に、総熱発生量や出力トルクといった各気筒１０の燃焼エネルギ及び当該燃焼エネルギに関連するパラメータが変化することになる。

一方で、オゾン供給装置が故障して実オゾン供給量が目標オゾン供給量に対して増減したとしても、排気の空燃比は変化しない。また、実オゾン供給が目標オゾン供給量に対して増減した場合、総熱発生量に関しては、実自着火時期のズレによる冷却損失や未燃損失などの変化によって多少の影響をうけるものの、直接的な影響はほとんどない。同様に出力トルクに関しても、実自着火時期のズレによる冷却損失や未燃損失、排気損失などの変化によって多少の影響をうけるものの、直接的な影響はほとんどない。

したがって、オゾン供給装置が故障して実オゾン供給量が目標オゾン供給に対して増減したときは、基本的に空燃比や総熱発生量、出力トルクは基本的に変化せず、自着火時期のみが変化する。すなわち、オゾン供給装置が故障した場合には、各気筒１０から排出される排気の空燃比及び当該空燃比に関連するパラメータや、総熱発生量や出力トルクといった各気筒１０の燃焼エネルギ及び当該燃焼エネルギに関連するパラメータは基本的に変化せず、自着火時期のみが変化する。

そこで本実施形態では、ＣＩ運転モード中に実自着火時期と予想自着火時期とが所定クランク角Ｔｔｈ以上離れているときは、さらに燃料噴射量の変化に起因して変動する自着火時期以外の第１パラメータの実際値と、機関運転状態に応じた第１パラメータの予想値と、を比較して、オゾン供給装置が故障しているのか否かを判定することにした。なお第１パラメータは、各気筒１０から排出される排気の空燃比及び当該空燃比に関連するパラメータや、総熱発生量や出力トルクといった各気筒１０の燃焼エネルギ及び当該燃焼エネルギに関連するパラメータであって、前述したように、例えば排気の空燃比や総熱発生量、出力トルクなどが挙げられる。

以下、この本実施形態によるＣＩ運転モード中におけるオゾン供給装置の故障判定制御について説明する。

図８は、本実施形態によるＣＩ運転モード中におけるオゾン供給装置の故障判定制御について説明するフローチャートである。電子制御ユニット２００は、本ルーチンをＣＩ運転モード中に所定の演算周期（例えば１０［ｍｓ］）で繰り返し実行する。

ステップＳ１において、電子制御ユニット２００は、クランク角センサ２１８の出力信号に基づいて算出された機関回転速度と、負荷センサ２１７によって検出された機関負荷と、を読み込み、機関運転状態を検出する。

ステップＳ２において、電子制御ユニット２００は、予め実験等によって作成されたテーブルを参照し、機関負荷に基づいて目標燃料噴射量ＱＩＮＪを算出する。目標燃料噴射量ＱＩＮＪは、機関負荷が高くなるほど多くなる。

ステップＳ３において、電子制御ユニット２００は、予め実験等によって作成されたマップを参照し、機関運転状態に基づいて目標噴射時期ＡＩＮＪを算出する。目標噴射時期ＡＩＮＪは、予混合気の自着火時期が最適自着火時期（最も大きな出力トルクが得られる自着火時期）となるクランク角に設定される。

なお電子制御ユニット２００は、これら目標燃料噴射量ＱＩＮＪなどの目標値以外にも、本フローチャートとは別途に目標吸気温や目標吸気圧、目標吸気弁閉時期といった吸排気弁の目標バルブタイミングなどを機関運転状態に基づいて算出しており、算出した目標値となるように各種の制御部品を制御している。

ステップＳ４において、電子制御ユニット２００は、予混合気の予想自着火時期［ｄｅｇ．ＣＡ］を算出する。

具体的には電子制御ユニット２００は、まず目標吸気弁閉時期における筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔ、すなわち初期筒内状態を推定する。本実施形態では電子制御ユニット２００は、初期筒内状態の推定モデルを用いて初期筒内状態を推定する。初期筒内状態の推定モデルは、吸気量や吸気温、吸気圧、機関冷却水温などの筒内状態に影響を与えるパラメータを入力値として、目標吸気弁閉時期における筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔを推定する物理演算モデルである。

次に電子制御ユニット２００は、予混合圧縮自着火燃焼を行った場合における燃料の目標噴射時期ＡＩＮＪからの筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔの推移を算出する。本実施形態では電子制御ユニット２００は、まず筒内状態の推移モデルを用いて、吸気弁閉時期からの筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔの推移を推定する。筒内状態の推移モデルは、初期筒内状態から筒内状態がどのように変化していくかを推定するための物理演算モデルであり、目標吸気弁閉時期における筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔを入力値とし、圧縮行程中の筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔがポリトロープ変化すると仮定して、目標吸気弁閉時期からの筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔの推移を推定する。

そして電子制御ユニット２００は、予混合圧縮自着火燃焼を行った場合における燃料の目標噴射時期ＡＩＮＪからの筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔの推移を用い、Livengood-Wuの積分式に基づく下記の（１）式から、予混合気の予想自着火時期［ｄｅｇ．ＣＡ］を算出する。

（１）式のτは、燃焼室１１内に噴射された燃料が自着火に至るまでの時間（以下「着火遅れ時間」という。）である。Ｐは筒内圧力、Ｔは筒内温度、φは当量比、ＯＮはオクタン価、ＲＥＳは残留ガス割合（ＥＧＲ率）、Ｅは活性化エネルギ、Ｒは一般ガス定数である。Ａ、α、β、γ、δ（Ａ、α、β、δ＞０、γ＜０）は、それぞれ同定定数である。オゾン供給の有無やオゾン供給量の変化は、例えばオクタン価ＯＮの値を変動させることで、予想自着火時期に反映させることができる。

（１）式において、燃料を噴射してからの着火遅れ時間の逆数（１／τ）を時間積分したときに、積分値が１となる時間ｔｅが着火遅れ時間τとなる。したがって、筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔにおける着火遅れ時間の逆数（１／τ）を、目標噴射時期ＡＩＮＪから時間積分したときに、積分値が１となる時間ｔｅに相当するクランク角度量を目標噴射時期ＡＩＮＪに加えた時期が、予混合気の予想自着火時期となる。

ステップＳ５において、電子制御ユニット２００は、予混合気の実自着火時期という。）［ｄｅｇ．ＣＡ］を検出する。本実施形態では電子制御ユニット２００は、筒内圧センサの検出値に基づいて、実自着火時期を検出する。具体的には電子制御ユニット２００は、図９に示すように、筒内圧力Ｐが急峻に立ち上がるクランク角、すなわち筒内圧力Ｐの上昇率（単位クランク角あたりの筒内圧力Ｐの上昇量）が所定値以上となったクランク角を実自着火時期として検出する。

なお、実自着火時期の検出方法は、このような方法に限られるものではない。筒内圧センサで検出した筒内圧力Ｐに基づいて熱発生率（＝単位クランク角あたりの熱発生量）を算出し、当該熱発生率に基づいて熱発生量の累積値（累積熱発生量）を算出できることが公知となっている。そのため、例えば図１０に示すように、筒内圧力Ｐに基づいて算出した熱発生量の累積値が、所定値以上となったクランク角を実自着火時期として検出しても良い。また図１１に示すように、主燃焼の傾きから外挿して算出されたクランク角を実自着火時期として検出しても良い。

ステップＳ６において、電子制御ユニット２００は、実自着火時期から予想自着火時期を減算した減算値Ｔｅの絶対値が、所定値Ｔｔｈ以上か否かを判定する。すなわち、実自着火時期と予想自着火時期とが、所定値（所定クランク角）Ｔｔｈ以上ずれているか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、減算値Ｔｅの絶対値が所定値Ｔｔｈ以上であれば、ステップＳ８の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、減算値Ｔｅの絶対値が所定値Ｔｔｈ未満であれば、オゾン供給装置及び燃料供給装置２に異常はないと判断して今回の処理を終了する。

ステップＳ７において、電子制御ユニット２００は、オゾン供給装置と燃料供給装置２との故障判別を行うための本実施形態による故障判別処理を実施する。本実施形態による故障判別処理の詳細な内容については、図１２を参照して後述する。

図１２は、本実施形態による故障判別処理の詳細な内容について説明するフローチャートである。

ステップＳ１１において、電子制御ユニット２００は、予め実験等によって作成されたテーブルを参照し、目標燃料噴射量ＱＩＮＪに基づいて、総熱発生量（燃焼期間における熱発生量の累積値）の予想値（以下「予想総熱発生量」という。）ＨＲＡｍａｘ［Ｊ］を算出する。

ステップＳ１２において、電子制御ユニット２００は、実際の総熱発生量（以下「実総熱発生量」という。）ＨＲＲｍａｘ［Ｊ］を算出する。前述した通り、筒内圧センサ２１９で検出した筒内圧力Ｐに基づいて熱発生率（＝単位クランク角あたりの熱発生量）が算出でき、当該熱発生率に基づいて熱発生量の累積値が算出できることは公知である。そこで本実施形態では、電子制御ユニット２００は、筒内圧センサ２１９で検出した筒内圧力Ｐに基づいて、実総熱発生量ＨＲＲｍａｘを算出している。

ステップＳ１３において、電子制御ユニット２００は、実総熱発生量ＨＲＲｍａｘと予想総熱発生量ＨＲＡｍａｘとの差分値の絶対値ＨＲｍａｘが、所定値ＨＲｍａｘｔｈ以上か否かを判定する。電子制御ユニット２００は、差分値の絶対値ＨＲｍａｘが、所定値ＨＲｍａｘｔｈ以上であれば、ステップＳ１４の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、差分値の絶対値ＨＲｍａｘが、所定値ＨＲｍａｘｔｈ未満であれば、ステップＳ１５の処理に進む。

ステップＳ１４において、電子制御ユニット２００は、燃料供給装置２に故障等があると判定する。これは、差分値の絶対値ＨＲｍａｘが所定値ＨＲｍａｘｔｈ以上のとき、すなわち実総熱発生量ＨＲＲｍａｘと予想総熱発生量ＨＲＡｍａｘとが所定値ＨＲｍａｘｔｈ以上ずれているときは、実際の燃料噴射量が目標燃料噴射量に対して正常の範囲を超えてずれているために、実総熱発生量ＨＲＲｍａｘと予想総熱発生量ＨＲＡｍａｘとがずれていると判断できる。そしてその結果、当量比φが目標当量比に対して正常の範囲を超えてずれていしまって、予混合気の自着火時期が遅角、又は進角していると判断できるためである。

ステップＳ１５において、電子制御ユニット２００は、オゾン供給装置に故障等があると判定する。これは、差分値の絶対値ＨＲｍａｘが所定値ＨＲｍａｘｔｈ未満のとき、すなわち予想総熱発生量ＨＲＡｍａｘと実総熱発生量ＨＲＲｍａｘとの差が所定値ＨＲｍａｘｔｈ１未満に収まっているときは、実際の燃料噴射量と目標燃料噴射量との間に想定されるバラつき以上の差がないと判断できる。したがって、燃料供給装置２に故障等はなく、オゾン供給装置に故障等が生じて実際のオゾン供給量が目標オゾン供給量よりも少なくなっているために、燃料の自着火性が弱まって、予混合気の自着火時期が遅角していると判断できるためである。

以上説明した本実施形態によれば、機関本体１と、機関本体１の燃焼室１１に直接燃料を供給するための燃料供給装置２と、燃焼室１１に直接又は間接的にオゾンを供給するためのオゾン供給装置として放電プラグ８１と、を備える内燃機関１００を制御する電子制御ユニット２００（制御装置）が、所定の運転領域（本実施形態では自着火領域ＲＲ）において燃焼室１１内で予混合気が圧縮自着火燃焼するように、燃料供給装置２及びオゾン供給装置を制御する燃焼制御部と、所定の運転領域においてオゾン供給装置の故障を判定する故障判定部と、を備える。

そして故障判定部は、予混合気の実自着火時期を検出する実自着火時期検出部と、予混合気の予想自着火時期を算出する予想自着火時期算出部と、燃焼室１１内に供給された燃料量の変化に起因して変動する自着火時期以外の第１パラメータの実際値（本実施形態では実総熱発生量ＨＲＲｍａｘ）を検出する第１パラメータ実際値検出部と、第１パラメータの予想値（本実施形態では実総熱発生量ＨＲＡｍａｘ）を算出する第１パラメータ予想値算出部と、を備え、実自着火時期と予想自着火時期との差が第１所定値Ｔｔｈ以上のときは、第１パラメータの実際値と予想値との差が第２所定値ＨＲｍａｘｔｈ以上であれば、燃料供給装置２が故障していると判定し、第１パラメータの実際値と予想値との差が第２所定値ＨＲｍａｘｔｈ未満であれば、オゾン供給装置が故障していると判定するように構成されている。

これにより、オゾン供給装置が故障しているのか、又は燃料供給装置が故障しているのかを判定することできるため、オゾン供給装置の故障判定の精度の低下を抑制することができる。また、オゾン供給装置の故障判定にあたって、通常通り目標オゾン供給量となるようにオゾン供給装置を制御すれば良く、故障判定をするために目標オゾン供給量を補正等する必要がないので、オゾン供給量の変化によるトルク変動（熱発生率パターンの変動）の発生等を防止することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、故障判別処理の内容が第１実施形態と相違する。具体的には、前述した第１実施形態では、オゾン供給装置に故障があるのか、又は燃料供給装置２に故障があるのかのみを判定していた。これに対して本実施形態では、オゾン供給装置に故障がある場合には、実オゾン供給量が目標オゾン供給量よりも少なくなっているのか、又は多くなっているのかまでを判定すると共に、燃料供給装置２に故障がある場合には、実際の燃料噴射量が目標燃料噴射量よりも少なくなっているのか、又は多くなっているのかまでを判定する点で、第１実施形態と相違する。以下、この相違点を中心に説明する。

図１３は、本実施形態による故障判別処理の詳細な内容について説明するフローチャートである。なおステップＳ１１及びステップＳ１２の処理の内容は、第１実施形態と同様なので、ここでは説明を省略する。

ステップＳ２１において、電子制御ユニット２００は、実自着火時期が予想自着火時期よりも遅角していたか否かを判定する。具体的には電子制御ユニット２００は、実自着火時期から予想自着火時期を減算した減算値Ｔｅが正の値であれば、実自着火時期が予想自着火時期よりも遅角していたと判定し、一方で減算値Ｔｅが負の値であれば、実自着火時期が予想自着火時期よりも進角していたと判定する。電子制御ユニット２００は、実自着火時期が予想自着火時期よりも遅角していた場合は、ステップＳ２２の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、実自着火時期が予想自着火時期よりも進角していた場合は、ステップＳ２３の処理に進む。

ステップＳ２２において、電子制御ユニット２００は、予想総熱発生量ＨＲＡｍａｘから実総熱発生量ＨＲＲｍａｘを減算した減算値ＨＲｍａｘ１が、所定値ＨＲｍａｘｔｈ１以上か否かを判定する。電子制御ユニット２００は、減算値ＨＲｍａｘ１が所定値ＨＲｍａｘｔｈ１以上であれば、ステップＳ２３の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、減算値ＨＲｍａｘ１が所定値ＨＲｍａｘｔｈ１未満であれば、ステップＳ２４の処理に進む。

ステップＳ２３において、電子制御ユニット２００は、燃料供給装置２に対して、実燃料噴射量が正常時よりも少なくなっている故障が生じていると判定する。これは、減算値ＨＲｍａｘ１が所定値ＨＲｍａｘｔｈ１以上のとき、すなわち予想総熱発生量ＨＲＡｍａｘに対して実総熱発生量ＨＲＲｍａｘが所定値ＨＲｍａｘｔｈ１以上少ないときは、実際の燃料噴射量が目標燃料噴射量よりも少なくなっているために、実総熱発生量ＨＲＲｍａｘが予想総熱発生量ＨＲＡｍａｘよりも少なくなっていると判断できる。そしてその結果、当量比φが目標当量比よりも小さくなって、予混合気の自着火時期が遅角していると判断できるためである。

ステップＳ２４において、電子制御ユニット２００は、オゾン供給装置に対して、実オゾン供給量が正常時よりも少なくなっている故障が生じていると判定する。これは、減算値ＨＲｍａｘ１が所定値ＨＲｍａｘｔｈ１未満のとき、すなわち予想総熱発生量ＨＲＡｍａｘと実総熱発生量ＨＲＲｍａｘとの差が所定値ＨＲｍａｘｔｈ１未満に収まっているときは、実際の燃料噴射量と目標燃料噴射量との間に想定されるバラつき以上の差がないと判断できる。したがって、燃料供給装置２に故障等はなく、オゾン供給装置に故障等が生じて実際のオゾン供給量が目標オゾン供給量よりも少なくなっているために、燃料の自着火性が弱まって、予混合気の自着火時期が遅角していると判断できるためである。

ステップＳ２５において、電子制御ユニット２００は、実総熱発生量ＨＲＲｍａｘから予想総熱発生量ＨＲＡｍａｘを減算した減算値ＨＲｍａｘ２が、所定値ＨＲｍａｘｔｈ２以上か否かを判定する。電子制御ユニット２００は、減算値ＨＲｍａｘ２が所定値ＨＲｍａｘｔｈ２以上であれば、ステップＳ２６の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、減算値ＨＲｍａｘ２が所定値ＨＲｍａｘｔｈ２以上であれば、ステップＳ２７の処理に進む。

ステップＳ２６において、電子制御ユニット２００は、燃料供給装置２に対して、実燃料噴射量が正常時よりも多くなっている故障が生じていると判定する。これは、減算値ＨＲｍａｘ２が所定値ＨＲｍａｘｔｈ２以上のとき、すなわち予想総熱発生量ＨＲＡｍａｘに対して実総熱発生量ＨＲＲｍａｘが所定値ＨＲｔｈＬ以上多いときは、実際の燃料噴射量が目標燃料噴射量よりも多くなっているために、実総熱発生量ＨＲＲｍａｘが予想総熱発生量ＨＲＡｍａｘよりも多くなっていると判断できる。そしてその結果、当量比φが目標当量比よりも大きくなって、予混合気の自着火時期が進角していると判断できるためである。

ステップＳ２７において、電子制御ユニット２００は、オゾン供給装置に対して、実オゾン供給量が正常時よりも多くなっている故障が生じていると判定する。これは、減算値ＨＲｍａｘ２が所定値ＨＲｍａｘｔｈ２未満のとき、すなわち予想総熱発生量ＨＲＡｍａｘと実総熱発生量ＨＲＲｍａｘとの差が所定値ＨＲｍａｘｔｈ２Ｈ未満に収まっているときは、実際の燃料噴射量と目標燃料噴射量との間に、燃料供給装置が正常であっても生じるバラつき以上の差がないと判断できる。したがって、燃料供給装置２に故障等はなく、オゾン供給装置に故障等が生じて実際のオゾン供給量が目標オゾン供給量よりも多くなっているために、燃料の自着火性が強くなって、予混合気の自着火時期が進角していると判断できるためである。

以上説明した本実施形態によれば、オゾン供給装置に故障がある場合には、実オゾン供給量が目標オゾン供給量よりも少なくなっているのか、又は多くなっているのか判定することができる。また燃料供給装置２に故障がある場合には、実際の燃料噴射量が目標燃料噴射量よりも少なくなっているのか、又は多くなっているのかを判定することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、オゾン供給装置と燃料供給装置２との故障判別に加え、さらにオゾン供給装置と点火プラグ１６を含む点火装置との故障判別を行う点で、第１実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。

本実施形態では予混合気を燃焼室１１内で圧縮自着火燃焼させるにあたって、点火プラグ１６による着火アシストを行って燃料の一部を火炎伝播燃焼させ、そのときに生じる熱を用いて筒内温度を強制的に上昇させることで、残りの燃料を圧縮自着火燃焼させる着火アシスト自着火燃焼を実施している。このような着火アシストを実施して予混合気を圧縮自着火燃焼させることで、筒内温度が比較的低い状態であっても予混合気を圧縮自着火燃焼させることが可能になると共に、予混合気の着火時期を任意の時期に制御することが容易となる。

図１４は、燃焼室１１内において空間的に濃度差が生じるように吸気行程中にオゾンを供給しつつ、燃料噴射弁２０から噴射する燃料の総量を前述した図６の場合と同様にして、着火アシスト自着火燃焼を実施した場合のクランク角と熱発生率との関係を示した図である。図１４において、実線で示した熱発生率パターンＥが、燃焼室１１内において空間的に濃度差が生じるように吸気行程中にオゾンを供給しつつ、着火アシスト自着火燃焼を実施して予混合気を圧縮自着火燃焼させたときの熱発生率パターンである。また一点鎖線で示した熱発生率パターンＤが、比較のために示した図６の熱発生率パターンである。

図１４に示すように、着火アシストを実施して予混合気を圧縮自着火燃焼させる場合は、まず燃料噴射弁２０からメイン燃料と着火アシスト燃料とを順次噴射する。そしてメイン燃料の噴射を吸気行程から圧縮行程中の任意の時期（図１４の例では−５０［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］）に実施して燃焼室内に予混合気を形成する。また着火アシスト燃料の噴射を、メイン燃料を噴射した後の圧縮行程後半の任意の時期（図１４の例では−１０［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］）に実施して、点火プラグ１６周りにこの予混合気よりもリッチな空燃比のリッチ混合気を形成する。なお、図１４に示した例では、メイン燃料を圧縮行程中に１度だけ噴射する形態を示しているが、複数回に分けて噴射する形態としても良い。

次に、着火アシスト燃料を噴射した後の圧縮行程後半の任意の時期（図１４に示す着火アシスト時期）に、このリッチ混合気に対して点火プラグ１６による点火（着火アシスト）を行って、主にこのリッチ混合気（着火アシスト燃料）を火炎伝播燃焼させ、そのときに生じる熱を用いて筒内温度を強制的に上昇させることで、予混合気（メイン燃料）を圧縮自着火燃焼させる。このような着火アシストを実施して予混合気を圧縮自着火燃焼させることで、筒内温度が比較的低い状態であっても予混合気を圧縮自着火燃焼させることが可能になると共に、予混合気の着火時期を任意の時期に制御することが容易となる。

また、燃料の一部を火炎伝播燃焼させるので、圧縮自着火燃焼によって消費される燃料量が少なくなる。そのため、全ての燃料を予混合圧縮自着火燃焼によって消費させる場合と比較して燃焼騒音を下げることができる。したがって、着火アシストを実施しつつ、燃焼室１１内において空間的又は時間的に濃度差が生じるようにオゾンを供給して時間差を設けて段階的に圧縮自着火燃焼を生じさせることで、燃焼騒音をさらに低減させることができる。

しかしながら、点火プラグ１６を含む点火装置の故障によって、例えば点火プラグ１６による点火エネルギが正常時よりも増減したり、又は放電時間が正常時よりも増減したりすると、着火アシスト燃料に対する着火性が変化する場合がある。より詳細には、点火プラグ１６による点火エネルギが正常時よりも増加したり、又は放電時間が正常時よりも増加したりすると、着火アシスト燃料に対する着火性が良くなる。一方で、点火プラグ１６による点火エネルギが正常時よりも減少したり、又は放電時間が正常時よりも減少したりすると、着火アシスト燃料に対する着火性が悪くなる。

そして、点火プラグ１６を含む点火装置の故障によって着火アシスト燃料に対する着火性が正常時よりも良くなった場合は、火炎伝播燃焼による発熱量が増加するため、結果としてメイン燃料の自着火時期が進角して予混合気の自着火時期が進角する。一方で、着火アシスト燃料に対する着火性が正常時よりも悪くなった場合は、火炎伝播燃焼による発熱量が減少するため、結果としてメイン燃料の自着火時期が遅角して予混合気の自着火時期が遅角する。

したがって、着火アシストを実施して予混合気を圧縮自着火燃焼させる場合は、点火プラグ１６を含む点火装置が故障した場合も、オゾン供給装置や燃料供給装置２が故障したときと同様に、実自着火時期と予想自着火時期とにズレが生じることになる。したがって、単に実自着火時期と予想自着火時期とのズレを判定するだけでは、オゾン供給装置、燃料供給装置２、及び点火プラグ１６を含む点火装置のいずれかが故障しているのかを判別することができない。

ここで、仮に点火プラグ１６を含む点火装置が故障した場合は、前述した通り着火アシスト燃料に対する着火性が変化し、点火プラグ１６を含む点火装置が正常なときと比較して火炎伝播燃焼による発熱量が増減する。すなわち、点火プラグ１６を含む点火装置が正常なときと比較して、メイン燃料が自着火に至る前の発熱量（熱発生量の累積値）が増減することになる。また、発熱量と相関のある例えば筒内圧力Ｐや筒内温度Ｔなども増減することになる。

一方で、オゾン供給装置が故障して実オゾン供給量が目標オゾン供給量に対して増減したとしても、メイン燃料が自着火に至る前の発熱量は変化しない。これは、オゾン（より厳密には酸素ラジカル）は燃料を火炎伝播燃焼させた際の当該火炎伝播燃焼の燃焼速度に対してはほとんど影響を与えないため、オゾンの有無やその量にかかわらず、火炎伝播燃焼中の発熱量は変化しないためである。

したがって、オゾン供給装置が故障して実オゾン供給量が目標オゾン供給に対して増減したときは、メイン燃料が自着火に至る前の発熱量は基本的に変化せず、自着火時期のみが変化する。

そこで本実施形態では、ＣＩ運転モード中に実自着火時期と予想自着火時期とが所定クランク角Ｔｔｈ以上離れているときは、第１実施形態と同様に燃料噴射量の変化に起因して変動する自着火時期以外の第１パラメータと、機関運転状態に応じた当該第１パラメータの予想値と、を比較して、オゾン供給装置が故障しているのか、燃料供給装置２が故障しているのかを判定することとした。そしてさらに、着火アシスト燃料に対する着火性の変化に起因して変動する自着火時期以外の第２パラメータ（例えばメイン燃料が自着火に至る前の熱発生量の累積値や筒内圧力、筒内温度）の実際値と、機関運転状態に応じた当該第２パラメータの予想値と、を比較して、オゾン供給装置が故障しているのか、点火プラグ１６を含む点火装置が故障しているのかを判定することとした。

図１５は、本実施形態によるＣＩ運転モード中におけるオゾン供給装置の故障判定制御について説明するフローチャートである。電子制御ユニット２００は、本ルーチンをＣＩ運転モード中に所定の演算周期（例えば１０［ｍｓ］）で繰り返し実行する。なおステップＳ１、ステップＳ５及びステップＳ６の処理は第１実施形態と同様なので、ここでは説明を省略する。

ステップＳ３１において、電子制御ユニット２００は、予め実験等によって作成されたテーブルを参照し、機関負荷に基づいて、メイン燃料の目標噴射量ＱＩＮＪ１及び着火アシスト燃料の目標噴射量ＱＩＮＪ２を算出する。メイン燃料の目標噴射量ＱＩＮＪ１と着火アシスト燃料の目標噴射量ＱＩＮＪ２と足し合わせた目標燃料噴射量ＱＩＮＪは、機関負荷が高くなるほど多くなる。

ステップＳ３２において、電子制御ユニット２００は、予め実験等によって作成されたマップを参照し、機関運転状態に基づいて、メイン燃料の目標噴射時期ＡＩＮＪ１、着火アシスト燃料の目標噴射時期ＡＩＮＪ２、及び点火プラグ１６による目標着火アシスト時期ＩＧを算出する。

本実施形態では、メイン燃料の目標噴射時期ＡＩＮＪ１は、運転状態に基づいて圧縮行程後半の任意の時期（例えば３０［ｄｅｇ．ＢＴＤＣ］から８０［ｄｅｇ．ＢＴＤＣ］）に設定される。

また本実施形態では、着火アシスト燃料の目標噴射時期ＡＩＮＪ２は、機関運転状態に基づいてメイン燃料の目標噴射時期ＡＩＮＪ１よりも遅角側の圧縮行程後半の任意の時期（例えば１０［ｄｅｇ．ＢＴＤＣ］から３５［ｄｅｇ．ＢＴＤＣ］）に設定される。

また本実施形態では、目標着火アシスト時期ＩＧは、機関運転状態に基づいて、着火アシスト燃料の目標噴射時期ＡＩＮＪ２よりも進角側又は遅角側の時期であって、着火アシスト燃料の目標噴射時期ＡＩＮＪ２の近傍の任意の時期（例えば着火アシスト燃料の目標噴射時期Ａ_ＩＮＪ２が１５［ｄｅｇ．ＢＴＤＣ］であれば、１８［ｄｅｇ．ＢＴＤＣ］から１０［ｄｅｇ．ＢＴＤＣ］）に設定される。

ステップＳ３３において、電子制御ユニット２００は、予混合気の予想自着火時期［ｄｅｇ．ＣＡ］を算出する。

具体的には電子制御ユニット２００は、第１実施形態と同様にして、まず目標吸気弁閉時期における筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔ、すなわち初期筒内状態を推定する。

次に電子制御ユニット２００は、着火アシスト自着火燃焼を行った場合におけるメイン燃料の目標噴射時期からの筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔの推移を算出する。本実施形態では電子制御ユニット２００は、第１実施形態と同様にして、まず筒内状態の推移モデルを用いて、吸気弁閉時期からの筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔの推移を推定する。ここで着火アシストを実施した場合は、筒内状態の推移モデルを用いて推定した吸気弁閉時期からの筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔの推移に対し、着火アシストによって生じる熱量分だけ目標着火アシスト時期からの筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔの推移が変化する。

そこで電子制御ユニット２００は、次に、着火アシスト燃料の目標噴射量ＱＩＮＪ２、目標噴射時期ＡＩＮＪ２、及び点火プラグ１６による目標着火アシスト時期ＩＧに基づいて、目標着火アシスト時期ＩＧからの筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔの推移を補正して、着火アシスト自着火燃焼を行った場合におけるメイン燃料の目標噴射時期ＡＩＮＪ１からの筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔの推移を算出する。

そして電子制御ユニット２００は、着火アシスト自着火燃焼を行った場合におけるメイン燃料の目標噴射時期からの筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔの推移を用い、Livengood-Wuの積分式に基づく前述した（１）式から、予混合気の予想自着火時期［ｄｅｇ．ＣＡ］を算出する。

ステップＳ３４において、電子制御ユニット２００は、オゾン供給装置、燃料供給装置２、及び点火相違の故障判別を行うための本実施形態による故障判別処理を実施する。本実施形態による故障判別処理の詳細な内容については、図１６を参照して後述する。

図１６は、本実施形態による故障判別処理の詳細な内容について説明するフローチャートである。なおステップＳ１１からステップＳ１４までの処理は第１実施形態と同様なので、ここでは説明を省略する。

ステップＳ３５において、電子制御ユニット２００は、予め実験等によって作成されたテーブルを参照し、着火アシスト燃料の目標噴射量ＱＩＮＪ２に基づいて、目標着火アシスト時期ＩＧからメイン燃料が自着火に至る前の任意のクランク角までの予想累積熱発生量ＨＲＡを算出する。

ステップＳ３６において、電子制御ユニット２００は、筒内圧センサ２１９で検出した筒内圧力Ｐに基づいて、目標着火アシスト時期ＩＧからメイン燃料が自着火に至る前の任意のクランク角までの実累積熱発生量ＨＲＲを算出する。なお本実施形態では、メイン燃焼が自着火に至る前の任意のクランク角は、目標着火アシスト時期ＩＧに所定クランク角を加算したクランク角としている。

ステップＳ３７において、電子制御ユニット２００は、実累積熱発生量ＨＲＲと予想累積熱発生量ＨＲＡとの差分値の絶対値ＨＲが、所定値ＨＲｔｈ以上か否かを判定する。すなわち、実累積熱発生量ＨＲＲと予想累積熱発生量ＨＲＡとが、所定値ＨＲｔｈ以上ずれているか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、差分値の絶対値ＨＲが所定値ＨＲｔｈ以上であれば、ステップＳ３８の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、差分値の絶対値ＨＲが所定値ＨＲｔｈ未満であれば、ステップＳ３９の処理に進む。

ステップＳ３８において、電子制御ユニット２００は、点火プラグ１６を含む点火装置に故障等があると判定する。これは、差分値の絶対値ＨＲが所定値ＨＲｔｈ以上のとき、すなわち実累積熱発生量ＨＲＲと予想累積熱発生量ＨＲＡとが所定値ＨＲｔｈ以上ずれているときは、点火プラグ１６の着火性が正常時よりも良くなっているか、又は悪くなっているために、実累積熱発生量ＨＲＲと予想累積熱発生量ＨＲＡと判断できる。そしてその結果、着火アシストによる発熱量が点火プラグ１６の正常時よりも過剰になるか、又は不足して、予混合気の自着火時期が進角、又は遅角していると判断できるためである。

ステップＳ３９において、電子制御ユニット２００は、オゾン供給装置に故障等があると判定する。これは、差分値の絶対値ＨＲが所定値ＨＲｔｈ未満のとき、すなわち実累積熱発生量ＨＲＲと予想累積熱発生量ＨＲＡとの差が所定値ＨＲｔｈ未満に収まっているときは、点火プラグ１６の着火性に問題はないと判断できる。したがって、点火装置に故障等はなく、オゾン供給装置に故障等が生じて実際のオゾン供給量が目標オゾン供給量よりも少なくなっているために、燃料の自着火性が弱まって、予混合気の自着火時期が遅角していると判断できるためである。

以上説明した本実施形態によれば、所定の運転領域（本実施形態では自着火領域ＲＲ）においてオゾン供給装置の故障を判定する故障判定部が、点火プラグ１６による燃料の着火性の変化に起因して変動する自着火時期以外の第２パラメータの実際値（本実施形態では実累積熱発生量ＨＲＲ）を検出する第２パラメータ実際値検出部と、第２パラメータの予想値（本実施形態では予想累積熱発生量ＨＲＡ）を算出する第２パラメータ予想値算出部と、をさらに備え、実自着火時期と予想自着火時期との差が第１所定値Ｔｔｈ以上の場合であって、第１パラメータの実際値と予想値との差が第２所定値ＨＲｍａｘｔｈ未満のときは、第２パラメータの実際値と予想値との差が第３所定値ＨＲｔｈ以上であれば、点火プラグ１６が故障していると判定し、第２パラメータの実際値と予想値との差が第３所定値ＨＲｔｈ未満であれば、オゾン供給装置が故障していると判定するように構成されている。

これにより、着火アシストを実施して予混合気を圧縮自着火燃焼させる場合には、オゾン供給装置と燃料供給装置２との故障判別に加え、さらにオゾン供給装置と点火プラグ１６を含む点火装置との故障判別を行うことできるため、オゾン供給装置の故障判定の精度の低下を抑制することができる。
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態は、故障判別処理の内容が第３実施形態と相違する。具体的には、前述した第３実施形態では、オゾン供給装置、燃料供給装置２及び点火装置のいずれに故障があるのかのみを判定していた。これに対して本実施形態では、オゾン供給装置に故障がある場合には、実際のオゾン供給量が目標オゾン供給量よりも少なくなっているのか、又は多くなっているのかまでを判定すると共に、点火装置に故障がある場合には、点火装置による着火性が良くなっているのか、又は悪くなっているのかまでを判定する点で、第１実施形態と相違する。以下、この相違点を中心に説明する。

図１７は、本実施形態による故障判別処理の詳細な内容について説明するフローチャートである。なおステップＳ１１からステップＳ１４までの処理の内容は、第１実施形態と同様なので、ここでは説明を省略する。

ステップＳ４０において、電子制御ユニット２００は、オゾン供給装置と点火装置との故障判別処理を実施する。このオゾン供給装置と点火装置との故障判別処理の詳細な内容について、図１８を参照して後述する。

図１８は、オゾン供給装置と点火装置との故障判別処理の詳細な内容について説明するフローチャートである。なおステップＳ３５及びステップＳ３６の処理の内容は、第３実施形態と同様なので、ここでは説明を省略する。

ステップＳ４１において、電子制御ユニット２００は、実自着火時期が予想自着火時期よりも遅角していたか否かを判定する。具体的には電子制御ユニット２００は、実自着火時期から予想自着火時期を減算した差分値Ｔｅが正の値であれば、実自着火時期が予想自着火時期よりも遅角していたと判定し、一方で差分値Ｔｅが負の値であれば、実自着火時期が予想自着火時期よりも進角していたと判定する。電子制御ユニット２００は、実自着火時期が予想自着火時期よりも遅角していた場合は、ステップＳ４２の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、実自着火時期が予想自着火時期よりも進角していた場合は、ステップＳ４５の処理に進む。

ステップＳ４２において、電子制御ユニット２００は、予想累積熱発生量ＨＲＡから実累積熱発生量ＨＲＲを減算した減算値ＨＲ１が、所定値ＨＲｔｈ１以上か否かを判定する。電子制御ユニット２００は、減算値ＨＲ１が所定値ＨＲｔｈ１以上であれば、ステップＳ４３の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、減算値ＨＲ１が所定値ＨＲｔｈ１未満であれば、ステップＳ４４の処理に進む。

ステップＳ４３において、電子制御ユニット２００は、点火プラグ１６を含む点火装置に故障等があると判定する。これは、減算値ＨＲ１が所定値ＨＲｔｈ１以上のとき、すなわち予想累積熱発生量ＨＲＡに対して実累積熱発生量ＨＲＲが所定値ＨＲｔｈ１以上少ないときは、点火プラグ１６の着火性が通常よりも悪くなっているために、実累積熱発生量ＨＲＲが予想累積熱発生量ＨＲＡよりも少なくなっていると判断できる。そしてその結果、着火アシストによる発熱量が点火プラグ１６の正常時よりも不足して、予混合気の自着火時期が遅角していると判断できるためである。

ステップＳ４４において、電子制御ユニット２００は、オゾン供給装置に故障等があると判定する。これは、減算値ＨＲ１が所定値ＨＲｔｈ１未満のとき、すなわち予想累積熱発生量ＨＲＡと実累積熱発生量ＨＲＲとの差が所定値ＨＲｔｈ１未満に収まっているときは、点火プラグ１６の着火性に問題がないと判断できる。したがって、点火プラグ１６を含む点火装置に故障等はなく、オゾン供給装置に故障等が生じて実際のオゾン供給量が目標オゾン供給量よりも少なくなっているために、燃料の自着火性が弱まって、予混合気の自着火時期が遅角していると判断できるためである。

ステップＳ４５において、電子制御ユニット２００は、実累積熱発生量ＨＲＲから予想累積熱発生量ＨＲＡを減算した減算値ＨＲ２が、所定値ＨＲｔｈ２以上か否かを判定する。なお本実施形態では、所定値ＨＲｔｈ２を所定値ＨＲｔｈ１と同じ値としているが、異なる値としても良い。電子制御ユニット２００は、減算値ＨＲ２が所定値ＨＲｔｈ２以上であれば、ステップＳ４６の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、減算値ＨＲ２が所定値ＨＲｔｈ２未満であれば、ステップＳ４７の処理に進む。

ステップＳ４６において、電子制御ユニット２００は、点火プラグ１６を含む点火装置に故障等があると判定する。これは、減算値ＨＲ２が所定値ＨＲｔｈ２以上のとき、すなわち予想累積熱発生量ＨＲＡに対して実累積熱発生量ＨＲＲが所定値ＨＲｔｈ２以上多いときは、点火プラグ１６の着火性が通常よりも良くなっているために実累積熱発生量ＨＲＲが予想累積熱発生量ＨＲＡよりも多くなっていると判断できる。そしてその結果、着火アシストによる発熱量が点火プラグ１６の正常時よりも過剰になって、予混合気の自着火時期が進角していると判断できるためである。

ステップＳ４７において、電子制御ユニット２００は、オゾン供給装置に故障等があると判定する。これは、減算値ＨＲ２が所定値ＨＲｔｈ２未満のとき、すなわち予想累積熱発生量ＨＲＡと実累積熱発生量ＨＲＲとの差が所定値ＨＲｔｈ２未満に収まっているときは、点火プラグ１６の着火性に問題がないと判断できる。したがって、燃料供給装置２に故障等はなく、オゾン供給装置に故障等が生じて実際のオゾン供給量が目標オゾン供給量よりも多くなっているために、燃料の自着火性が強くなって、予混合気の自着火時期が進角していると判断できるためである。

以上説明した本実施形態によれば、オゾン供給装置に故障がある場合には、実際のオゾン供給量が目標オゾン供給量よりも少なくなっているのか、又は多くなっているのかを判定することができると共に、点火装置に故障がある場合には、点火装置の着火性が良くなっているのか、又は悪くなっているのかまでを判定することができる。

（第５実施形態）
次に本発明の第５実施形態について説明する。本実施形態は、燃料供給装置２及び点火装置に故障がないときに、オゾン供給装置が故障しているか否かを定期的に判断する点で、第３実施形態及び第４実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。

図１９は、本実施形態によるＣＩ運転モード中におけるオゾン供給装置の故障判定制御について説明するフローチャートである。

図１９において、ステップＳ５０の処理以外の各ステップの処理内容は、前述した各実施形態で説明した処理内容と同様なのでここでは省略する。図１９のフローチャートに示すように、電子制御ユニット２００は、燃料供給装置２及び点火装置に故障がないと判定すると、ステップＳ５０の処理に進む。

ステップＳ５０において、電子制御ユニット２００は、オゾン供給装置の故障判定処理を実施する。以下、このオゾン供給装置の故障判定処理の詳細な内容について、図２０を参照して説明する。

図２０は、オゾン供給装置の故障判定処理の詳細な内容について説明するフローチャートである。

ステップＳ５１において、電子制御ユニット２００は、オゾン供給装置の故障判定時期か否かを判定する。故障判定時期は、ＣＩ運転モード中の任意の時期に設定することができ、例えばＣＩ運転モード中に定期的に故障判定時期を設定するようにしても良いし、運転モードがＣＩ運転モードに切り替わったときを故障判定時期に設定するようにしても良い。電子制御ユニット２００は、オゾン供給装置の故障判定時期であればステップＳ５２の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、オゾン供給装置の故障判定時期でなければ今回の処理を終了する。

なお、このように故障判定時期になったときにオゾン供給装置の故障判定を実施するようにしているのは、後述するように、ステップＳ５２でオゾン供給量を通常の目標オゾン供給量に対して変更しているため、トルク変動等が生じるおそれがあり、常に実施するようにするのは望ましくないからである。

ステップＳ５２において、電子制御ユニット２００は、目標オゾン供給量を増量補正すると共に、この増量補正による自着火時期の進角分が打ち消されるように、目標着火アシスト時期ＩＧを遅角補正する。これにより、オゾン供給装置が正常であれば、実自着火時期と予想自着火時期とにズレは生じない。一方でオゾン供給装置が故障していれば、オゾンの増量補正が過剰となったり、増量補正が不十分となったりして、実自着火時期と予想自着火時期とにズレが生じることになる。

したがって、目標オゾン供給量を増量補正すると共に、この増量補正による自着火時期の進角分が打ち消されるように、目標着火アシスト時期ＩＧを遅角補正したときの、実自着火時期と予想自着火時期とのズレを算出することで、オゾン供給装置が故障しているか否かを判定することができる。

ステップＳ５３において、電子制御ユニット２００は、目標オゾン供給量を増量補正すると共に、この増量補正による自着火時期の進角分が打ち消されるように、目標着火アシスト時期ＩＧを遅角補正したときの、予混合気の予想自着火時期を算出する。

ステップＳ５４において、電子制御ユニット２００は、目標オゾン供給量を増量補正すると共に、この増量補正による自着火時期の進角分が打ち消されるように、目標着火アシスト時期ＩＧを遅角補正したときの、予混合気の実自着火時期を検出する。なお予想自着火時期の算出、及び実自着火時期の検出は、第１実施形態と同様の方法で行えば良い。

ステップＳ５５において、電子制御ユニット２００は、実自着火時期から予想自着火時期を減算した減算値Ｔｅの絶対値が、所定値Ｔｔｈ以上か否かを判定する。すなわち、実自着火時期と予想自着火時期とが、所定値（所定クランク角）Ｔｔｈ以上ずれているか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、減算値Ｔｅの絶対値が所定値Ｔｔｈ以上であれば、ステップＳ５６の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、減算値Ｔｅの絶対値が所定値Ｔｔｈ未満であれば、ステップＳ５７の処理に進む。

ステップＳ５６において、電子制御ユニット２００は、オゾン供給装置に故障があると判定する。これは、減算値Ｔｅの絶対値が所定値Ｔｔｈ以上であれば、オゾンの増量補正が過剰となったり、増量補正が不十分となったりして、実自着火時期と予想自着火時期とにズレが生じていると判定できるためである。

ステップＳ５７において、電子制御ユニット２００は、オゾン供給装置は正常であると判定する。

以上説明した本実施形態によれば、オゾン供給装置の故障の任意の時期に判定することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

１機関本体
２燃料供給装置
１１燃焼室
１６点火プラグ
８１放電プラグ（オゾン供給装置）
１００内燃機関
２００電子制御ユニット（制御装置）

Claims

機関本体と、
前記機関本体の燃焼室に直接燃料を供給するための燃料供給装置と
前記燃焼室に直接又は間接的にオゾンを供給するためのオゾン供給装置と、
を備える内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
所定の運転領域において、前記燃焼室内で予混合気が圧縮自着火燃焼するように、前記燃料供給装置及び前記オゾン供給装置を制御する燃焼制御部と、
前記所定の運転領域において、前記オゾン供給装置の故障を判定する故障判定部と、
を備え、
前記故障判定部は、
予混合気の実自着火時期を検出する実自着火時期検出部と、
予混合気の予想自着火時期を算出する予想自着火時期算出部と、
前記燃焼室内に供給された燃料量の変化に起因して変動する自着火時期以外の第１パラメータの実際値を検出する第１パラメータ実際値検出部と、
前記第１パラメータの予想値を算出する第１パラメータ予想値算出部と、
を備え、
前記実自着火時期と前記予想自着火時期との差が第１所定値以上のときは、前記第１パラメータの実際値と予想値との差が第２所定値以上であれば、前記燃料供給装置が故障していると判定し、前記第１パラメータの実際値と予想値との差が前記第２所定値未満であれば、前記オゾン供給装置が故障していると判定するように構成される、
内燃機関の制御装置。
前記燃焼制御部は、
燃料の一部を前記燃焼室内に臨むように配置された点火プラグによって火炎伝播燃焼させ、そのときに生じる熱を用いて残りの燃料を予混合圧縮自着火燃焼させる着火アシスト自着火燃焼が前記燃焼室内で生じるように、前記燃料供給装置及び前記オゾン供給装置に加えて前記点火プラグを制御するように構成され、
前記故障判定部は、
前記点火プラグによる燃料の着火性の変化に起因して変動する自着火時期以外の第２パラメータの実際値を検出する第２パラメータ実際値検出部と、
前記第２パラメータの予想値を算出する第２パラメータ予想値算出部と、
をさらに備え、
前記実自着火時期と前記予想自着火時期との差が第１所定値以上の場合であって、前記第１パラメータの実際値と予想値との差が前記第２所定値未満のときは、前記第２パラメータの実際値と予想値との差が第３所定値以上であれば、前記点火プラグが故障していると判定し、前記第２パラメータの実際値と予想値との差が前記第３所定値未満であれば、前記オゾン供給装置が故障していると判定するように構成される、
請求項１に記載の内燃機関の制御装置。