JP2018178805A

JP2018178805A - 内燃機関

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Publication number: JP2018178805A
Application number: JP2017076868A
Authority: JP
Inventors: 繁幸浦野; Shigeyuki Urano
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-04-07
Filing date: 2017-04-07
Publication date: 2018-11-15

Abstract

【課題】予混合圧縮自着火燃焼を行う内燃機関において、内燃機関の出力や燃焼への影響を小さく抑えつつ、混合気の自着火時期を適切に制御する。【解決手段】内燃機関は、燃料噴射弁３１と、内燃機関のアクチュエータを制御する制御装置７０とを備える。制御装置は、予混合気の目標自着火時期を算出する目標自着火時期算出処理と、混合気の予想自着火時期を算出する自着火時期算出処理と、予想自着火時期が目標自着火時期に一致するようにアクチュエータの操作パラメータの値を補正する補正処理と、を実行する。制御装置は、補正処理において、予想自着火時期と目標自着火時期との差が所定の基準値未満の場合には燃料噴射時期のみを補正し、基準値以上である場合には、燃料噴射時期以外の少なくとも一つの操作パラメータを補正する。【選択図】図９

Description

本発明は、内燃機関に関する。

従来から、拡散燃焼によって混合気を燃焼させる圧縮自着火式の内燃機関において、燃料の着火時期を制御するために、燃料の噴射時期を調整することが知られている（例えば、特許文献１）。例えば、特許文献１に記載の内燃機関では、噴射される燃料の目標自着火時期と、噴射される燃料の実際の自着火時期とを特定し、目標自着火時期と実際の自着火時期との差に基づいて、この差が無くなるように燃料の噴射時期及び吸気弁の閉弁時期を制御するようにしている。特に、特許文献１に記載の内燃機関では、補正前の燃料の噴射時期が所定の基準値よりも進角側であるか遅角側であるかに基づいて、燃料の噴射時期及び吸気弁の閉弁時期のいずれを制御するかを決めている。

特開２００７−１００６５３号公報

ところで、予混合気を自着火によって燃焼させる内燃機関が検討されている。斯かる内燃機関では、燃料の噴射時期以外にも様々なパラメータを変更することにより、混合気の自着火時期を制御することができると共に、燃料の噴射時期及び吸気弁の閉弁時期のみでは必ずしも適切に混合気の自着火時期を制御することができない。一方で、燃料の噴射時期以外のパラメータの中には変更すると内燃機関の出力トルクが変化してしまったり、応答性が遅かったりするパラメータがあり、これらパラメータの制御態様によっては出力変動や燃焼悪化等を招く虞がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、予混合気を自着火によって燃焼させる内燃機関において、内燃機関の出力や燃焼への影響を小さく抑えつつ、混合気の自着火時期を適切に制御することにある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その要旨は以下のとおりである。

（１）燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、該燃料噴射弁を含む内燃機関のアクチュエータを制御する制御装置とを備えた内燃機関であって、前記制御装置は、機関負荷及び機関回転数に基づいて前記燃料噴射弁を含む内燃機関のアクチュエータを制御すると共に、このときの目標自着火時期を算出する目標自着火時期算出処理と、前記燃焼室内の混合気の実自着火時期又は予想自着火時期を算出する自着火時期算出処理と、前記実自着火時期又は前記予想自着火時期が前記目標自着火時期に一致するように前記燃料噴射弁を含む内燃機関のアクチュエータの操作パラメータの値を補正する補正処理と、を実行するように構成され、前記制御装置は、前記補正処理において、前記実自着火時期又は前記予想自着火時期と前記目標自着火時期との差が所定の基準値未満の場合には前記操作パラメータのうち燃料噴射時期のみを補正すると共に、前記実自着火時期又は前記予想自着火時期と前記目標自着火時期との差が前記基準値以上である場合には、前記燃料噴射時期に加えて又は前記燃料噴射時期を補正せずに、前記操作パラメータのうち燃料噴射時期以外の少なくとも一つの操作パラメータを補正する、内燃機関。

（２）前記制御装置は、前記補正処理において、前記実自着火時期又は前記予想自着火時期と前記目標自着火時期との差が前記基準値以上であっても、前記基準値よりも大きい所定の第二基準値未満である場合には前記燃料噴射弁からの燃料噴射量は補正せず、且つ、前記実自着火時期又は前記予想自着火時期と前記目標自着火時期との差が前記第二基準値以上である場合には前記燃料噴射量も補正する、上記（１）に記載の内燃機関。

（３）前記制御装置は、当該内燃機関の定常運転中に前記燃料噴射時期の補正量が所定の閾値以上である場合には、前記燃料噴射時期の補正量を減少させると共に該燃料噴射時期の補正量の減少に伴って自着火時期が変化する方向とは逆方向に自着火時期が変化するように前記燃料噴射時期以外の少なくとも一つの操作パラメータの値を補正する、上記（１）又は（２）に記載の内燃機関。

本発明によれば、予混合気を自着火によって燃焼させる内燃機関において、内燃機関の出力や燃焼への影響を小さく抑えつつ、混合気の自着火時期を適切に制御することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る内燃機関全体の概略図である。図２は、機関本体の断面図である。図３は、各運転モードでの運転が行われる運転領域を示す図である。図４Ａ及び図４Ｂは、吸気弁及び排気弁のリフト量の推移を示す図である。図５は、燃料噴射率及び熱発生率のクランク角推移を示す図である。図６は、制御装置における機能ブロック図である。図７は、筒内圧力、吸気弁のリフト量及び燃料噴射率のクランク角推移を示す図である。図８は、基本的な燃焼制御を行う基本燃焼制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図９は、各アクチュエータの補正量を算出する補正量算出制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図１０は、各アクチュエータの補正量を算出する補正量算出制御の制御ルーチンを示す、図９と同様なフローチャートである。図１１は、燃焼噴射時期の補正量を他の操作パラメータの補正量に変換する学習補正制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図１２は、第四実施形態に係る内燃機関の概略的な構成図である。図１３は、燃料噴射率及び熱発生率のクランク角推移を示す図である。

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。

＜第一実施形態＞
≪内燃機関全体の説明≫
まず、図１及び図２を参照して第一実施形態に係る内燃機関１の構成について説明する。図１は、ガソリンを燃料とする内燃機関１の概略的な構成図である。図２は、内燃機関１の機関本体１０の概略的な断面図である。

図１及び図２に示したように、内燃機関１は、機関本体１０、可変動弁機構２０、燃料供給装置３０、吸気系４０、排気系５０、ＥＧＲ機構６０、及び制御装置７０を備える。

機関本体１０は、複数の気筒１１が形成されたシリンダブロック１２と、シリンダヘッド１３とを備える。各気筒１１内には、各気筒１１内を往復運動するピストン１４が配置されている。ピストン１４とシリンダヘッド１３との間の気筒１１内には混合気が燃焼する燃焼室１５が形成されている。

シリンダヘッド１３には、吸気ポート１７及び排気ポート１８が形成されている。これら吸気ポート１７及び排気ポート１８は各気筒１１の燃焼室１５に連通している。燃焼室１５と吸気ポート１７との間には吸気弁２１が配置されて、この吸気弁２１が吸気ポート１７を開閉する。同様に、燃焼室１５と排気ポート１８との間には排気弁２２が配置されて、この排気弁２２が排気ポート１８を開閉する。

可変動弁機構２０は、各気筒の吸気弁２１を開閉駆動する吸気可変動弁機構２３と、各気筒の排気弁２２を開閉駆動する排気可変動弁機構２４とを備える。吸気可変動弁機構２３は、吸気弁２１の開弁時期、閉弁時期やリフト量を制御可能である。同様に、排気可変動弁機構２４は、排気弁２２の開弁時期、閉弁時期やリフト量を制御可能である。これら可変動弁機構２３、２４は、電磁アクチュエータによって吸気弁２１や排気弁２２を開閉駆動することで開弁時期等を変更するように構成されている。或いは、これら可変動弁機構２３、２４は、油圧等によって、クランクシャフトに対するカムシャフトの相対位相を変更したり、カムプロフィールを変更したりすることで開弁時期等を変更するように構成されてもよい。

燃料供給装置３０は、燃料噴射弁３１、デリバリパイプ３２、燃料供給管３３、燃料ポンプ３４、及び燃料タンク３５を備える。燃料噴射弁３１は、各気筒１１の燃焼室１５内に燃料を直接噴射するようにシリンダヘッド１３に配置されている。

燃料噴射弁３１は、デリバリパイプ３２及び燃料供給管３３を介して燃料タンク３５に連結されている。燃料供給管３３には、燃料タンク３５内の燃料を圧送する燃料ポンプ３４が配置される。燃料ポンプ３４によって圧送された燃料は、燃料供給管３３を介してデリバリパイプ３２に供給され、燃料噴射弁３１が開弁されるのに伴って燃料噴射弁３１から燃焼室１５内に直接噴射される。

吸気系４０は、吸気枝管４１、サージタンク４２、吸気管４３、エアクリーナ４４、排気ターボチャージャ５のコンプレッサ５ａ、インタークーラ４５、及びスロットル弁４６を備える。各気筒１１の吸気ポート１７はそれぞれ対応する吸気枝管４１を介してサージタンク４２に連通しており、サージタンク４２は吸気管４３を介してエアクリーナ４４に連通している。吸気管４３には、吸気管４３内を流通する吸入空気を圧縮して吐出する排気ターボチャージャ５のコンプレッサ５ａと、コンプレッサ５ａによって圧縮された空気を冷却するインタークーラ４５とが設けられている。インタークーラ４５は、吸入空気の流れ方向においてコンプレッサ５ａの下流側に配置されている。スロットル弁４６は、インタークーラ４５とサージタンク４２との間の吸気管４３内に配置されている。スロットル弁４６は、スロットル弁駆動アクチュエータ４７によって回動せしめられることで、吸気通路の開口面積を変更することができる。なお、吸気ポート１７、吸気枝管４１、サージタンク４２、及び吸気管４３は、燃焼室１５に吸気ガスを供給する吸気通路を形成する。

排気系５０は、排気マニホルド５１、排気管５２、排気ターボチャージャ５のタービン５ｂ、及び排気後処理装置５３を備える。各気筒１１の排気ポート１８は、排気マニホルド５１に連通しており、排気マニホルド５１は排気管５２に連通している。排気管５２には、排気ターボチャージャ５のタービン５ｂが設けられている。タービン５ｂは、排気ガスのエネルギによって回転駆動せしめられる。排気ターボチャージャ５のコンプレッサ５ａとタービン５ｂとは回転軸によって接続されており、タービン５ｂが回転駆動せしめられると、これに伴ってコンプレッサ５ａが回転し、よって吸入空気が圧縮せしめられる。また、排気管５２にはタービン５ｂの排気流れ方向下流側において排気後処理装置５３が設けられている。排気後処理装置５３は、排気ガスを浄化した上で外気中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。なお、排気ポート１８、排気マニホルド５１、及び排気管５２は、燃焼室１５から排気ガスを排出する排気通路を形成する。

ＥＧＲ機構６０は、ＥＧＲ管６１と、ＥＧＲ制御弁６２と、ＥＧＲクーラ６３とを備える。ＥＧＲ管６１は、排気マニホルド５１とサージタンク４２とに連結され、これらを互いに連通させる。ＥＧＲ管６１には、ＥＧＲ管６１内を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ６３が設けられている。加えて、ＥＧＲ管６１には、ＥＧＲ管６１によって形成されるＥＧＲ通路の開口面積を変更することができるＥＧＲ制御弁６２が設けられている。ＥＧＲ制御弁６２の開度を制御することによって、排気マニホルド５１からサージタンク４２へ還流させるＥＧＲガスの流量が調整される。

制御装置７０は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）７１及び各種センサを備える。ＥＣＵ７１は、デジタルコンピュータから構成され、双方向性バス７２を介して相互に接続されたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）７３、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）７４、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）７５、入力ポート７６、及び出力ポート７７を備える。

シリンダヘッド１３には、各気筒１１内の圧力（筒内圧力）を検出するための筒内圧センサ８１が配置される。また、デリバリパイプ３２には、デリバリパイプ３２内の燃料の圧力、すなわち燃料噴射弁３１から気筒１１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８２が設けられている。吸気管４３には、排気ターボチャージャ５のコンプレッサ５ａの吸気流れ方向上流側に、吸気管４３内を流れる空気の流量を検出するエアフロメータ８３が設けられている。スロットル弁４６には、その開度（スロットル開度）を検出するためのスロットル開度センサ８４が設けられている。加えて、サージタンク４２には、サージタンク４２内の吸気ガスの圧力、すなわち気筒１１内に吸入される吸気ガスの圧力（吸気圧）を検出するための吸気圧センサ８５が設けられている。さらに、サージタンク４２には、サージタンク４２内の吸気ガスの温度、すなわち気筒１１内に吸入される吸気ガスの温度（吸気温）を検出するための吸気温センサ８６が設けられている。これら、筒内圧センサ８１、燃圧センサ８２、エアフロメータ８３、スロットル開度センサ８４、吸気圧センサ８５及び吸気温センサ８６の出力は、対応するＡＤ変換器７８を介して入力ポート７６に入力される。

また、アクセルペダル８７にはアクセルペダル８７の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ８８が接続され、負荷センサ８８の出力電圧は対応するＡＤ変換器７８を介して入力ポート７６に入力される。したがって、本実施形態では、アクセルペダル８７の踏み込み量が機関負荷として用いられる。クランク角センサ８９は例えば機関本体１０のクランクシャフトが例えば１５度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート７６に入力される。ＣＰＵ７５ではこのクランク角センサ８９の出力パルスから機関回転速度が計算される。

一方、ＥＣＵ７１の出力ポート７７は、対応する駆動回路７９を介して、内燃機関１の運転を制御する各アクチュエータに接続される。図１及び図２に示した例では、出力ポート７７は、点火プラグ１６、吸気可変動弁機構２３、排気可変動弁機構２４、燃料噴射弁３１、燃料ポンプ３４、スロットル弁駆動アクチュエータ４７、及びＥＧＲ制御弁６２に接続されている。ＥＣＵ７１は、これらアクチュエータを制御する制御信号を出力ポート７７から出力して、内燃機関１の運転を制御する。

≪基本的な燃焼制御≫
次に、図３〜図５を参照して、本実施形態の制御装置７０の制御部による基本的な燃焼制御について説明する。本実施形態では、制御装置７０の制御部は、火花点火運転モード（以下、「ＳＩ運転モード」という）と圧縮自着火運転モード（以下、「ＣＩ運転モード」という）との二つの運転モードにて内燃機関の運転を行う。

制御装置７０の制御部は、ＳＩ運転モードでは、基本的に燃焼室１５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、この予混合気に点火プラグ１６による点火を行う。これにより、予混合気が燃焼室１５内で火炎伝播燃焼する。

また、制御装置７０の制御部は、ＣＩ運転モードでは、基本的に燃焼室１５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る。特に、本実施形態では、予混合気として、燃焼室１５の中央部に可燃層を有すると共に気筒１１の内壁面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することができ、また圧縮比を高くしても実施することができる。そのため、予混合圧縮自着火燃焼を実施することで、燃料消費量を低減させられると共に熱効率を向上させることができ、結果として燃費性能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。

また、予混合圧縮自着火燃焼では、燃焼室１５内で混合気が自着火するまでには反応時間が必要であり、機関回転速度が高くなると、混合気が自着火するのに必要な反応時間を確保することができなくなると共に単位時間当たりの圧力上昇が高くなり過ぎて燃焼騒音が大きくなる。このため、機関回転速度が高い領域ではＳＩ運転モードでの運転が行われる。また、機関負荷が高くなって内燃機関による発生トルクが大きくなるとノッキングが発生することになり、良好な自着火燃焼を行うことができなくなる。また、この場合にも、単位時間当たりの圧力上昇が高くなり過ぎて燃焼騒音が大きくなる。このため、機関負荷が高い領域でもＳＩ運転モードでの運転が行われる。この結果、本実施形態では、機関負荷及び機関回転速度から把握される機関運転状態が図３において実線で囲まれた自着火運転領域ＲＲ内にあれば、ＣＩ運転モードにより内燃機関が運転され、自着火運転領域ＲＲ外の領域にあれば、ＳＩ運転モードにより内燃機関が運転される。

次に、図４及び図５を参照して、本実施形態のＣＩ運転モードにおける可変動弁機構２０及び燃料噴射弁３１の制御について説明する。

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各気筒１１内の温度（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１５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４Ａ及び図４Ｂに示すように、ＣＩ運転モード中は、必要に応じて排気弁２２が排気行程の他に吸気行程でも開弁するように排気可変動弁機構２４を制御している。このように、排気弁２２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、排気行程中に或る気筒から排出された高温の排気ガスを直後の吸気行程中にその気筒に吸い戻させることができる。これにより筒内温度を上昇させて、各気筒１１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４Ａに示すように、吸気弁２１のリフト量が小さいときに排気弁２２を開弁すれば、多量の排気ガス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４Ｂに示すように、吸気弁２１のリフト量がある程度大きくなった後に排気弁２２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ガスが吸い戻されることになるので、自気筒に吸い戻される排気ガス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時期に応じて、筒内温度の上昇幅を制御することができる。

加えて、ＣＩ運転モードでは、図５に示したように、吸気弁２１の閉弁後の比較的早い時期に、燃料噴射弁３１からの燃料噴射が行われる。図５は、吸気弁２１の閉弁後の圧縮行程中の任意の時期（例えば、−５０［deg.ATDC］）に、燃料噴射弁３１から機関負荷に応じた量の燃料を１回だけ噴射して予混合気を自着火燃焼させた場合の燃料噴射率及び熱発生率のクランク角推移を示す図である。ここで、熱発生率は、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を意味する。

図５に示したように、時期Ｔｉｊにおいて燃料噴射弁３１からの燃料噴射が行われる。このように燃料噴射弁３１から噴射された燃料は時間の経過に伴って燃焼室１５内に拡散して予混合気を形成する。また、圧縮上死点に向かってピストンが上昇するため、筒内温度及び筒内圧力は時間の経過に伴って徐々に上昇していく。そして、燃焼室１５内に予混合気が形成されると共に筒内温度及び筒内圧力が十分に上がると、時期Ｔｉｇにおいて予混合気が自着火する。このような自着火は、燃焼室１５内で一斉に生じることから、図５に示したように、時期Ｔｉｇ以降、熱発生率は急激に上昇する。

≪ＣＩ運転モードにおける燃焼制御≫
次に、図６及び図７を参照して、ＣＩ運転モードにおける燃焼制御について説明する。図６は、制御装置７０における機能ブロック図である。

図６に示したように、制御装置７０は、筒内状態量算出部Ａ１０、予想自着火時期算出部Ａ２０、目標自着火時期算出部Ａ３０、着火時期差分算出部Ａ４０、補正量算出部Ａ５０、及び操作量演算部Ａ６０と、を備える。

筒内状態量算出部Ａ１０は、燃焼室１５内の状態量を算出する状態量算出処理を行う。燃焼室１５内の状態量としては、例えば、燃焼室１５内の混合気の当量比、筒内温度、筒内圧力、混合気中の酸素濃度等が挙げられる。これら各状態量に対応して、筒内状態量算出部Ａ１０は、当量比算出部Ａ１１、圧力算出部Ａ１２、温度算出部Ａ１３及び酸素濃度算出部Ａ１４を備える。なお、燃焼室１５内の状態量としては、この他にも、例えば、オクタン価等、他の状態量が算出されてもよく、この場合、筒内状態量算出部は、当該他の状態量を算出するための算出部を更に備える。

当量比算出部Ａ１１は、燃焼室１５内に供給される吸入空気量Ｍｃ、及び燃料噴射弁３１から噴射される燃料噴射量Ｑｉｊ等に基づいて燃焼室１５内の混合気の当量比φｃの推移が算出される。吸入空気量Ｍｃは、エアフロメータ８３によって計測されてもよいし、モデル等を用いて算出されてもよい。また、燃料噴射量Ｑｉｊは、ＥＣＵ７１から燃料噴射弁３１の指令値に基づいて算出される。

圧力算出部Ａ１２は、吸入空気量Ｍｃ、燃焼室１５内に供給されるＥＧＲガス量Ｍｅｇｒ、吸気通路（サージタンク４２）内の圧力Ｐｍ、吸気弁２１の閉弁時期ＩＶＣ、吸気ガスの温度（サージタンク内の温度）、及び機関冷却水の温度等に基づいて、筒内圧力Ｐｃの推移を算出する。ＥＧＲガス量Ｍｅｇｒは、例えば、ＥＧＲ制御弁６２の開度、排気弁２２の開閉弁時期等に基づいて算出される。また、吸気通路内の圧力Ｐｍは、吸気圧センサ８５によって測定されてもよいし、モデル等を用いて算出されてもよい。

温度算出部Ａ１３は、吸入空気量Ｍｃ、ＥＧＲガス量Ｍｅｇｒ、排気弁２２の閉弁時期ＥＶＣ、吸気ガスの温度（サージタンク内の温度）、及び機関冷却水の温度等に基づいて、筒内温度Ｔｃの推移を算出する。なお、ＥＧＲガスについては、ＥＧＲ機構６０を介して燃焼室１５に導入されたＥＧＲガスの温度はそれほど高くないのに対して、排気弁２度開き動作によって燃焼室１５に導入されたＥＧＲガスの温度は高い。したがって、ＥＧＲ機構６０を介して導入されたＥＧＲガス量と排気弁２度開き動作によって導入されたＥＧＲガス量とを別々に算出し、別々に算出されたＥＧＲガス量に基づいて筒内温度Ｔｃを算出するようにしてもよい。

酸素濃度算出部Ａ１４は、吸入空気量Ｍｃ、ＥＧＲガス量Ｍｅｇｒ及び吸気ガスの温度（サージタンク内の温度）等に基づいて燃焼室１５内に供給された吸気ガスの酸素濃度を算出する。ＥＧＲガス中にはほとんど酸素が含まれていないことから、ＥＧＲガス量Ｍｅｇｒが多くなるほど酸素濃度が低くなるように酸素濃度の算出が行われる。

予想自着火時期算出部Ａ２０は、筒内状態量算出部Ａ１０で算出された各状態量に基づいて、予想自着火時期Ｔｉｇｆを算出する自着火時期算出処理を行う。予想自着火時期Ｔｉｇｆの算出は、例えば、Livengood-Wuの積分式に基づく下記式（１）を用いて行われる。

上記式（１）のτは、燃焼室１５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。

式（１）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Ｔｉｊｔ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Ｔｉｊｔに加えた時期が、予混合気の予想自着火時期となる。筒内状態量算出部Ａ１０によって算出された各状態量を式（１）に代入することで予想自着火時期Ｔｉｇｆが算出される。

なお、本実施形態では、予想自着火時期算出部Ａ２０は、各状態量に基づいて予想自着火時期を算出している。しかしながら、予想自着火時期算出部Ａ２０は、予想自着火時期の代わりに、例えば筒内圧力を検出する筒内圧センサ８１の出力に基づいて燃焼室１５内での燃焼終了後に熱発生率の推移を算出し、これに基づいて実際の自着火時期（以下、「実自着火時期」という）を算出するようにしてもよい。この場合には、後述する計算において、予想自着火時期の代わりに、実自着火時期が用いられることになる。

目標自着火時期算出部Ａ３０は、機関負荷ＫＬ及び機関回転速度ＮＥに基づいて目標自着火時期Ｔｉｇｔを算出する目標自着火時期算出処理を行う。本実施形態では、機関負荷ＫＬ及び機関回転速度ＮＥに基づいて、内燃機関の運転に関するアクチュエータの各操作パラメータの基本的な操作量が設定される。斯かるアクチュエータには、燃料噴射弁３１、吸気弁２１、排気弁２２、スロットル弁４６、排気ターボチャージャ５のウェイストゲートバルブ（図示せず）、ＥＧＲ制御弁６２等が含まれる。また、例えば、燃焼室１５内にオゾンを供給するオゾン供給装置が設けられている場合、ＥＧＲクーラ６３に供給する冷却水の流量を制御する水量制御装置が設けられている場合、燃料噴射弁３１から噴射する燃料の性状を変更する燃料性状変更装置が設けられている場合には、これらオゾン供給装置、水量制御装置及び燃料性状変更装置は上記アクチュエータに含まれる。

斯かるアクチュエータの操作パラメータの基本的な操作量は、例えば、機関負荷ＫＬ及び機関回転速度ＮＥに基づいて、これら機関負荷ＫＬ及び機関回転速度ＮＥと各操作パラメータの基本的な操作量との関係を表すマップを用いて算出される。なお、各操作パラメータの基本的な操作量は、機関負荷ＫＬ及び機関回転速度ＮＥに加えて、他のパラメータ（例えば、機関冷却水の温度等）に基づいて設定されてもよい。

このように機関負荷ＫＬ及び機関回転速度ＮＥに基づいて、各アクチュエータの各操作パラメータの基本的な操作量を設定すると、各操作パラメータの操作量をこのような基本的な操作量に設定したときに予混合気が自着火するであろう時期が予混合気の目標自着火時期Ｔｉｇｔとして算出される。

着火時期差分算出部Ａ４０は、予想自着火時期算出部Ａ２０によって算出された予想自着火時期Ｔｉｇｆから目標自着火時期算出部Ａ３０によって算出された目標自着火時期Ｔｉｇｔを減算することによって差分ΔＴｉｇを算出する差分算出処理を行う。

補正量算出部Ａ５０は、着火時期差分算出部Ａ４０において算出された差分ΔＴｉｇに基づいて、この差分ΔＴｉｇがゼロになるように各アクチュエータの各操作パラメータの補正量を算出する補正量算出処理を行う。換言すると、補正量算出部Ａ５０は、差分ΔＴｉｇがゼロになるように各アクチュエータの各操作パラメータを補正しているといえる。

例えば、アクチュエータとして燃料噴射弁３１を考えた場合、補正量としては、燃料噴射弁３１からの燃料噴射時期Ｔｉｊの補正量ΔＴｉｊ、燃料噴射弁３１からの燃料噴射量Ｑｉｊの補正量ΔＱｉｊ等が挙げられる。アクチュエータとして可変動弁機構２０を考えた場合、補正量としては、吸気弁２１の開弁時期ＩＶＯの補正量ΔＩＶＯ、閉弁時期ＩＶＣの補正量ΔＩＶＣ、排気弁２２の開弁時期ＥＶＯの補正量ΔＥＶＯ、閉弁時期ＥＶＣの補正量ΔＥＶＣ等が挙げられる。アクチュエータとしてＥＧＲ制御弁６２を考えた場合、補正量としてはＥＧＲ制御弁６２の開度Ｄｅｇｒの補正量ΔＤｅｇｒが挙げられる。さらに、アクチュエータとしてスロットル弁４６を考えた場合、補正量としてはスロットル弁４６の開度Ｄｓｌの補正量ΔＤｓｌが挙げられる。

なお、操作量の補正対象となるアクチュエータは、これら燃料噴射弁３１等に限らず、ウェイストゲートバルブ等、他のアクチュエータが含まれてもよい。同様に、補正対象となる制御パラメータも、上述した燃料噴射時期Ｔｉｊに限らず、他の制御パラメータが含まれてもよい。

差分ΔＴｉｇに基づく各アクチュエータの操作パラメータの補正量の算出方法ついては、以下で詳述する。いずれにせよ、操作パラメータの補正量の算出にあたっては、差分ΔＴｉｇに基づいて、上述した様々なアクチュエータの様々な操作パラメータのうち、少なくとも一つの操作パラメータの補正量が算出される。

操作量演算部Ａ６０は、各アクチュエータの操作パラメータの操作量を算出する操作量算出処理を行う。本実施形態では、各アクチュエータ毎に、操作量の演算部を備える。したがって、操作量演算部Ａ６０は、例えば、噴射演算部Ａ６１、バルブタイミング演算部Ａ６２、ＥＧＲ開度演算部Ａ６３、及びスロットル開度演算部Ａ６４を備える。なお、操作量演算部Ａ６０は、例えばウェイストゲートバルブの開度を演算する演算部等、他のアクチュエータ用の演算部を備えてもよい。

噴射演算部Ａ６１は、燃料噴射弁３１の操作パラメータ（燃料噴射時期Ｔｉｊ及び燃料噴射量Ｑｉｊ等）を演算する。具体的には、例えば、機関負荷ＫＬ及び機関回転速度ＮＥに基づいて算出される基本燃料噴射時期及び基本燃料噴射量並びに燃料噴射時期の補正量ΔＴｉｊ及び燃料噴射量の補正量ΔＱｉｊに基づいて燃料噴射時期Ｔｉｊ及び燃料噴射量Ｑｉｊが算出される。

バルブタイミング演算部Ａ６２は、吸気弁２１及び排気弁２２の開閉弁時期を演算する。具体的には、例えば、機関負荷ＫＬ及び機関回転速度ＮＥに基づいて算出される基本開弁時期及び基本閉弁時期並びに開弁時期の補正量及び閉弁時期の補正量に基づいて吸気弁２１及び排気弁２２の開閉弁時期が算出される。

ＥＧＲ開度演算部Ａ６３は、ＥＧＲ開度Ｄｅｇｒを演算する。具体的には、例えば、機関負荷ＫＬ及び機関回転速度ＮＥに基づいて算出される基本ＥＧＲ開度及びＥＧＲ開度の補正量ΔＤｅｇｒに基づいてＥＧＲ開度が算出される。スロットル開度演算部Ａ６４は、ＥＧＲ開度Ｄｓｌを演算する。具体的には、例えば、機関負荷ＫＬ及び機関回転速度ＮＥに基づいて算出される基本スロットル開度及びスロットル開度の補正量ΔＤｓｌに基づいてスロットル開度が算出される。

次に、図７を参照して、各アクチュエータの操作パラメータに対する補正量の算出時期について説明する。図７は、筒内圧力、吸気弁のリフト量、燃料噴射率のクランク角推移を示す図である。なお、図７の筒内圧力における破線は、燃焼室１５内で混合気の燃焼が生じなかった場合（モータリング時）の筒内圧力の推移を表している。

図７に示した例では、時刻ｔ₁において、吸気弁２１が閉弁せしめられる。このとき、燃焼室１５内に供給された吸気ガスの量及び温度が確定するため、時刻ｔ₁から筒内状態量算出部Ａ１０による筒内状態量の算出が開始される（図中の期間Ａ）。なお、吸気弁２１の閉弁時期（時刻ｔ₁）を待たずに算出可能な状態量については、吸気弁２１の閉弁前に算出される。また、目標自着火時期Ｔｉｇｔも、図中の期間Ａにおいて、目標自着火時期算出部Ａ３０によって算出される。

筒内状態量算出部Ａ１０による筒内状態量の算出が完了すると、その後、予想自着火時期算出部Ａ２０によって予想自着火時期Ｔｉｇｆの算出が行われる（図中の期間Ｂ）。予想自着火時期Ｔｉｇｆの算出には、期間Ａにおいて筒内状態量算出部Ａ１０によって算出された筒内状態量が用いられる。

予想自着火時期算出部Ａ２０による予想自着火時期Ｔｉｇｆの算出が完了すると、その後、補正量算出部Ａ５０によって各アクチュエータの操作パラメータに関する補正量が算出される（図中の期間Ｃ）。本実施形態では、補正量算出部Ａ５０による補正量の算出は、燃料噴射時期（図中のｔ₂）よりも前に完了する。したがって、燃料噴射時期Ｔｉｊ及び燃料噴射量Ｑｉｊは、同一のサイクル中に補正量算出部Ａ５０によって算出された補正量を考慮して算出される。

図７に示した例では、その後時刻ｔ₂において燃料噴射弁３１からの燃料噴射が開始され、時刻ｔ₃において、圧縮上死点前に、燃料噴射によって形成された予混合気が自着火する。これに伴って筒内圧が上昇する。

＜各操作パラメータの補正＞
次に、自着火時期の差分ΔＴｉｇに対する各操作パラメータの補正について説明する。目標自着火時期Ｔｉｇｔと予想自着火時期Ｔｉｇｆとの間に差があるときには、上述したようにこの差が無くなるようにアクチュエータの操作パラメータの値を補正することが必要である。このとき補正対象となる操作パラメータとしては、上述したように、燃料噴射時期及び燃料噴射量、吸気弁２１及び排気弁２２の開閉弁時期、並びにＥＧＲ制御弁６２及びスロットル弁４６の開度等が挙げられる。加えて、オゾン供給装置からのオゾン供給量、ＥＧＲクーラ６３供給される冷却水量、燃料性状等も操作パラメータに含まれる。

このうち、上述したように、燃料噴射時期及び燃料噴射量については、補正量算出部Ａ５０による補正量の算出後、同一のサイクル中に又は遅くとも次のサイクルまでに補正を行うことができる。したがって、補正量算出部Ａ５０による補正量の算出直後における燃焼室１５内での予混合気の燃焼にその補正量を反映させることができる。一方で、上述した補正対象となる補正量のうち、燃料噴射時期及び燃料噴射量以外の操作パラメータについては、補正量を算出してから、実際にその補正を予混合気の燃焼に反映させるまでには時間がかかる。例えば、吸気弁２１及び排気弁２２の開閉弁時期については、アクチュエータによって吸気弁２１及び排気弁２２の開閉弁時期を変化させること自体に時間がかかる。また、スロットル弁４６の開度については、スロットル弁４６の開度を変化させてから、この開度の変化に応じて燃焼室１５内に供給される吸気ガスの圧力が変化するまでには時間がかかる。

したがって、補正量算出部Ａ５０によって補正量を算出してから、その補正に伴って実際に予混合気の自着火時期が変化するまでの応答速度を考慮すると、目標自着火時期Ｔｉｇｔと予想自着火時期Ｔｉｇｆとの間に差があるときには、燃料噴射時期及び燃料噴射量を補正することが好ましい。しかしながら、このうち燃料噴射弁３１からの燃料噴射量を変更すると、内燃機関の出力トルクが変化してしまい、ドライバに違和感を与える。したがって、アクチュエータの操作パラメータを補正するにあたっては、燃料噴射時期を補正することが最も好ましい。

その一方で、燃料噴射時期の補正量には限界がある。進角側の補正量が大きくなりすぎると、補正量算出部Ａ５０による補正量の算出の前に燃料噴射を行わなければならなくなり、その結果、補正量算出部Ａ５０によって算出された補正量を迅速に燃料噴射時期に反映させることができなくなる。加えて、進角側の補正量が大きくなり過ぎると、燃料噴射時期が吸気弁２１の閉弁時期ＩＶＣよりも進角側の時期となってしまう。

そこで、目標自着火時期Ｔｉｇｔと予想自着火時期Ｔｉｇｆとの間の差分ΔＴｉｇに応じて、補正を行う操作パラメータを変更するようにしている。具体的には、本実施形態では、差分ΔＴｉｇが予め定められた基準値Ｔｉｇｒｅｆ未満の場合には、操作パラメータのうち燃料噴射時期のみを補正し、差分ΔＴｉｇが基準値Ｔｉｇｒｅｆ以上である場合には、燃料噴射時期に加えて或いは燃料噴射時期の補正を行うことなく、操作パラメータのうち燃料噴射時期以外の少なく一つの操作パラメータを補正するようにしている。

＜フローチャートの説明＞
以下では、図８及び図９を参照して、本実施形態における操作パラメータの補正について説明する。図８は、基本的な燃焼制御を行う基本燃焼制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは、各サイクルにおいて燃料噴射弁３１からの燃料噴射前に行われる。

図８に示したように、まず、ステップＳ１１では、機関運転状態が検出される。具体的には、例えば、負荷センサ８８によって機関負荷が検出され、クランク角センサ８９に基づいて機関回転速度ＮＥが算出される。

次いで、ステップＳ１２において、ステップＳ１１で算出された現在の機関運転状態が自着火運転領域ＲＲ内にあるか否かが判定される。現在の機関運転状態が自着火運転領域ＲＲ内にあると判定された場合には、ステップＳ１３へと進む。ステップＳ１３では、機関負荷ＫＬ及び機関回転速度ＮＥに基づいて各アクチュエータの各操作パラメータの基本操作量Ｘｂａｓｅが算出される。ここで、各操作パラメータの基本操作量Ｘｂａｓｅは、各アクチュエータの各操作パラメータの基準となる操作量を意味し、予混合気の燃焼に関与する全ての操作パラメータの基本操作量を含む。したがって、基本操作量Ｘｂａｓｅは、例えば、基本燃料噴射時期Ｔｉｊｂａｓｅ、基本燃料噴射量Ｑｉｊｂａｓｅ、吸気弁２１の基本開弁時期ＩＶＯｂａｓｅ、吸気弁２１の基本閉弁時期ＩＶＣｂａｓｅ及び基本スロットル開度Ｄｓｌｂａｓｅ等を含むものである。

その後、ステップＳ１４では、各操作パラメータの最終補正量ＫＸ_nが算出される。各操作パラメータの最終補正量ＫＸ_nの算出は、操作量演算部Ａ６０によって行われる。最終補正量ＫＸｎは、後述する補正量算出制御によって算出される各操作パラメータの補正量に基づいて算出される補正量であり、それまでの目標自着火時期と予想自着火時期との差分を反映した補正量である。操作パラメータの最終補正量ＫＸｎも、予混合気の燃焼に関与する全ての操作パラメータの最終補正量を含む。したがって、最終補正量ＫＸ_nは、例えば、燃料噴射時期の最終補正量ＫＴｉｊ_n、基本燃料噴射量の最終補正量ＫＱｉｊ_n、吸気弁２１の開弁時期の最終補正量ＫＩＶＯ_n、吸気弁２１の閉弁時期の最終補正量ＫＩＶＣ_n及びスロットル開度の最終補正量ＫＤｓｌ_n等を含むものである。

図８から分かるように、ステップＳ１４では、下記式（２）により最終補正量ＫＸ_nが算出される。
ＫＸ_n＝ＫＸ_n-1＋ａ・ΔＸ…（２）
式（２）において、ａは操作パラメータ毎に異なる定数である。ここで、ｎは基本燃焼制御の制御ルーチンにおける計算回数を表しており、ｎ−１は前回の制御ルーチンにおける計算時に算出されたものであることを示している。したがって、ＫＸ_n-1は、前回の制御ルーチンで算出された最終補正量を意味する。また、ΔＸは、後述する補正量算出制御によって算出される各操作パラメータの補正量である。補正量ΔＸも、予混合気の燃焼に関与する全ての操作パラメータの補正量を含む。したがって、補正量ΔＸは、燃料噴射時期の補正量ΔＴｉｊ、燃料噴射量の補正量ΔＱｉｊ、吸気弁２１の開弁時期の補正量ΔＩＶＯ、吸気弁２１の閉弁時期の補正量ΔＩＶＣ、及びスロットル開度の補正量ΔＤｓｌ等を含むものである。

その後、ステップＳ１５において、ステップＳ１３で算出された基本操作量ＸｂａｓｅにステップＳ１４で算出された最終補正量ＫＸ_nを加算することによって、実操作量Ｘが算出される。実操作量Ｘの算出は、操作量演算部Ａ６０によって行われる。各アクチュエータは、このようにして算出された実操作量Ｘに合わせて操作される。実操作量Ｘも、予混合気の燃焼に関与する全ての操作パラメータの実際の操作量を含む。したがって、実操作量Ｘは、実際の燃料噴射時期Ｔｉｊ、実際の燃料噴射量Ｑｉｊ、実際の吸気弁２１の開弁時期ＩＶＯ、実際の吸気弁２１の閉弁時期ＩＶＣ、及び実際のスロットル開度Ｄｓｌ等を含むものである。

一方、ステップＳ１２において、ステップＳ１１で算出された現在の機関運転状態が自着火運転領域ＲＲ内にないと判定された場合には、ステップＳ１６へと進む。ステップＳ１６では、ＳＩ運転モードにおける各各アクチュエータの各操作パラメータの制御が行われ、制御ルーチンが終了せしめられる。

図９は、各アクチュエータの補正量を算出する補正量算出制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは、各サイクルにおいて基本燃焼制御の実行前に行われる。

図９に示したように、ステップＳ２１では、図８のステップＳ１１と同様に現在の機関運転状態が検出される。次いで、ステップＳ２２では、ステップＳ１２と同様に、現在の機関運転状態が自着火運転領域ＲＲ内にあるか否かが判定される。現在の機関運転状態が自着火運転領域ＲＲ内にないと判定された場合には、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップＳ２２において、現在の機関運転状態が自着火運転領域ＲＲ内にあると判定された場合ステップＳ２３へと進む。

ステップＳ２３では、目標自着火時期Ｔｉｇｔが取得される。上述したように、目標自着火時期Ｔｉｇｔは、目標自着火時期算出部Ａ３０によって、予め求められたマップや計算式を用いて、機関負荷ＫＬ及び機関回転速度ＮＥに基づいて算出される。

次いで、ステップＳ２４では、予想自着火時期Ｔｉｇｆが取得される。上述したように、予想自着火時期Ｔｉｇｆは、予想自着火時期算出部Ａ２０によって、筒内状態量算出部Ａ１０で算出された各状態量に基づいて算出される。

次いで、ステップＳ２５では、ステップＳ２４で取得された予想自着火時期Ｔｉｇｆから目標自着火時期Ｔｉｇｔを減算したものが差分ΔＴｉｇとして算出される。差分ΔＴｉｇは、着火時期差分算出部Ａ４０により算出される。

次いで、ステップＳ２６では、差分ΔＴｉｇが基準値Ｔｉｇｒｅｆ未満であるか否かが判定される。このような判定は、補正量算出部Ａ５０によって行われる。ここで、基準値Ｔｉｇｒｅｆは、それ以上噴射時期が進角されると補正量算出部Ａ５０による補正量の算出時期の前に燃料噴射が行われることになってしまうような時期とされる。或いは、基準値Ｔｉｇｒｅｆは、それ以上燃料噴射時期が進角されると、燃料噴射時期が吸気弁２１の閉弁時期よりも進角側となってしまうような時期とされる。

ステップＳ２６において、差分ΔＴｉｇが基準値Ｔｉｇｒｅｆ未満であると判定された場合には、ステップＳ２７へと進む。ステップＳ２７では、差分ΔＴｉｇだけ予想自着火時期Ｔｉｇｆが変化するように、燃料噴射時期の補正量ΔＴｉｊが算出される。すなわち、燃料噴射弁３１からの燃料噴射時期Ｔｉｊの補正のみで差分ΔＴｉｇがゼロになるように燃料噴射時期の補正量ΔＴｉｊが算出される。したがって、噴射時期以外の操作パラメータ、例えば、燃料噴射量や吸気弁の閉弁時期等は補正されない。したがって、燃料噴射時期の補正量ΔＴｉｊ以外の操作パラメータの補正量はゼロとして算出される。このようにして算出された燃料噴射時期の補正量ΔＴｉｊは、図８に示した制御ルーチンのステップＳ１４にて用いられる。

一方、ステップＳ２６において、差分ΔＴｉｇが基準値Ｔｉｇｒｅｆ以上であると判定された場合には、ステップＳ２８へと進む。ステップＳ２８では、差分ΔＴｉｇだけ予想自着火時期Ｔｉｇｆが変化するように、吸気弁閉弁時期の補正量ΔＩＶＣが算出される。すなわち、吸気弁閉弁時期の補正量ΔＩＶＣの補正のみで差分ΔＴｉｇがゼロになるように吸気弁閉弁時期の補正量ΔＩＶＣが算出される。このようにして算出された吸気弁閉弁時期の補正量ΔＩＶＣは、図８に示した制御ルーチンのステップＳ１４にて用いられる。

なお、上記実施形態では、ステップＳ２８において、吸気弁閉弁時期の補正量ΔＩＶＣが算出され、よって自着火時期の差分ΔＴｉｇが小さくなるように吸気弁２１の閉弁時期が補正されている。しかしながら、ステップＳ２８では、他の操作パラメータ（燃料噴射時期を含む）の補正量を算出してもよく、よって自着火時期の差分ΔＴｉｇが小さくなるように他の操作パラメータを補正してもよい。

以上説明したように、本実施形態では予想自着火時期と目標自着火時期との差分ΔＴｉｇが基準値未満の小さい値であるときには、差分ΔＴｉｇに応じて燃料噴射弁３１の燃料噴射時期を補正する。このため、高い応答速度で差分ΔＴｉｇを小さくすることができる。一方、本実施形態では予想自着火時期と目標自着火時期との差分ΔＴｉｇが基準値未満の大きい値であるときには、差分ΔＴｉｇに応じて、燃料噴射時期以外の他の操作パラメータも補正される。このため、差分ΔＴｉｇが大きくても燃料噴射時期を過度に補正する必要がなくなり、差分ΔＴｉｇを適切に低下させることができる。

＜第二実施形態＞
次に、図１０を参照して、第二実施形態に係る内燃機関について説明する。第二実施形態に係る内燃機関の構成及び制御は基本的に第一実施形態に係る内燃機関の構成及び制御と同様である。したがって、以下では、第一実施形態に係る内燃機関と異なる点を中心に説明する。

ところで、上記実施形態では、自着火時期の差分ΔＴｉｇが基準値以上に大きいときには、この差分ΔＴｉｇが小さくなるように燃料噴射時期以外の他の操作パラメータも補正される。このような操作パラメータには、燃料噴射弁３１からの燃料噴射量も含まれる。しかしながら、燃料噴射量は燃料噴射時期と同様にその補正に伴って実際に予混合気の自着火時期が変化するまでの応答速度は速いものの、燃料噴射量を変化させると内燃機関の出力トルクも変化してしまう。この結果、ドライバの所望するトルクを適切に出力することができなくなってしまう。

そこで、第二実施形態に係る内燃機関では、自着火時期の差分ΔＴｉｇが基準値（以下、「第一基準値」という）Ｔｉｇｒｅｆ１以上になっても、操作パラメータのうち燃料噴射量は補正しないようにしている。したがって、本実施形態では、自着火時期の差分ΔＴｉｇが第一基準値Ｔｉｇｒｅｆ１以上になったときには、この差分ΔＴｉｇが小さくなるように、燃料噴射時期に加えて或いは燃料噴射時期の補正を行うことなく、操作パラメータのうち燃料噴射時期及び燃料噴射量以外の少なく一つの操作パラメータを補正するようにしている。

その一方で、自着火時期の差分ΔＴｉｇが非常に大きい場合には、燃料噴射量以外の操作パラメータを補正するだけでは自着火時期の差分ΔＴｉｇをゼロにすることができないことがある。したがって、自着火時期の差分ΔＴｉｇが上記第一基準値Ｔｉｇｒｅｆ１よりも大きい所定の第二基準値Ｔｉｇｒｅｆ２以上である場合には、この差分ΔＴｉｇが小さくなるように、上記燃料噴射量以外の操作パラメータに加えて、燃料噴射量も補正するようにしている。

換言すると、本実施形態では、自着火時期の差分ΔＴｉｇが第一基準値以上であっても第二基準値未満である場合には、燃料噴射時期の補正は行わず、自着火時期の差分ΔＴｉｇが第二基準値以上である場合には燃料噴射時期も補正するようにしている。

図１０は、各アクチュエータの補正量を算出する補正量算出制御の制御ルーチンを示す、図９と同様なフローチャートである。図示した制御ルーチンは、各サイクルにおいて基本燃焼制御の実行前に行われる。なお、図１０のステップＳ３１〜Ｓ３５は図９のステップＳ２１〜Ｓ２５と同様であるため、説明を省略する。

ステップＳ３６では、ステップＳ３５において算出された差分ΔＴｉｇが第一基準値Ｔｉｇｒｅｆ１未満であるか否かが判定される。このような判定は、補正量算出部Ａ５０によって行われる。第一基準値Ｔｉｇｒｅｆ１は、上述した第一実施形態における基準値Ｔｉｇｒｅｆと同様な値とされる。

ステップＳ３６において、差分ΔＴｉｇが第一基準値Ｔｉｇｒｅｆ１未満であると判定された場合には、ステップＳ３７へと進む。ステップＳ３７では、差分ΔＴｉｇだけ予想自着火時期Ｔｉｇｆが変化するように、燃料噴射時期の補正量ΔＴｉｊが算出される。このようにして算出された燃料噴射時期の補正量ΔＴｉｊは、図８に示した制御ルーチンのステップＳ１４にて用いられる。

一方、ステップＳ３６において、差分ΔＴｉｇが第二基準値Ｔｉｇｒｅｆ１以上であると判定された場合には、ステップＳ３８へと進む。ステップＳ３８では、ステップＳ３５において算出された差分ΔＴｉｇが第二基準値Ｔｉｇｒｅｆ２未満であるか否かが判定される。このような判定も、補正量算出部Ａ５０によって行われる。第二基準値Ｔｉｇｒｅｆ２は第一基準値Ｔｉｇｒｅｆ１よりも大きな値に設定される。第二基準値Ｔｉｇｒｅｆ２は、例えば、燃料噴射量以外の操作パラメータを補正しても予想自着火時期を目標自着火時期に十分に近づけることができないほど大きな値、又は燃料噴射量以外の操作パラメータを補正すると予想自着火時期を目標自着火時期に十分に近づけるのに所定の限界時間以上に時間がかかるような値とされる。

ステップＳ３８において、差分ΔＴｉｇが第二基準値Ｔｉｇｒｅｆ２未満であると判定された場合には、ステップＳ３９へと進む。ステップＳ３９では、差分ΔＴｉｇだけ予想自着火時期Ｔｉｇｆが変化するように、燃料噴射弁３１の燃料噴射時期の補正量ΔＴｉｊ、吸気弁閉弁時期の補正量ΔＩＶＣが算出される。このようにして算出された燃料噴射時期の補正量ΔＴｉｊ及び吸気弁閉弁時期の補正量ΔＩＶＣは、図８に示した制御ルーチンのステップＳ１４にて用いられる。

一方、ステップＳ３８において、差分ΔＴｉｇが第二基準値Ｔｉｇｒｅｆ１以上であると判定された場合には、ステップＳ４０へと進む。ステップＳ４０では、差分ΔＴｉｇだけ予想自着火時期Ｔｉｇｆが変化するように、燃料噴射時期の補正量ΔＴｉｊ、吸気弁閉弁時期の補正量ΔＩＶＣに加えて、燃料噴射弁３１の燃料噴射量の補正量ΔＱｉｊが算出される。このようにして算出された燃料噴射時期の補正量ΔＴｉｊ、吸気弁閉弁時期の補正量ΔＩＶＣ及び燃料噴射量の補正量ΔＱｉｊは、図８に示した制御ルーチンのステップＳ１４にて用いられる。

なお、上記実施形態では、ステップＳ３９において、燃料噴射時期の補正量ΔＴｉｊ及び吸気弁閉弁時期の補正量ΔＩＶＣが算出され、よって自着火時期の差分ΔＴｉｇが小さくなるように燃料噴射時期及び吸気弁２１の閉弁時期が補正されている。しかしながら、ステップＳ３９では、他の操作パラメータの補正量を算出してもよく、また、燃料噴射時期を算出しなくてもよい。よって自着火時期の差分ΔＴｉｇが小さくなるように他の操作パラメータを補正してもよく、また燃料噴射時期を補正しなくてもよい。

同様に、上記実施形態では、ステップＳ４０において、燃料噴射時期の補正量ΔＴｉｊ、吸気弁閉弁時期の補正量ΔＩＶＣ及び燃料噴射量の補正量ΔＱｉｊが算出されている。しかしながら、燃料噴射量の補正量ΔＱｉｊが算出されていれば他の操作パラメータの補正量は算出されなくてもよい。すなわち、燃料噴射量が補正されれば、他の操作パラメータは補正されなくてもよい。

＜第三実施形態＞
次に、図１１を参照して、第三実施形態に係る内燃機関について説明する。第三実施形態に係る内燃機関の構成及び制御は基本的に第一実施形態及び第二実施形態に係る内燃機関の構成及び制御と同様である。したがって、以下では、第一実施形態及び第二実施形態に係る内燃機関と異なる点を中心に説明する。

ところで、目標自着火時期と予想自着火時期との間に定常的なズレがあると、燃料噴射時期の最終補正量ＫＴｉｊはそのズレに応じた値付近に維持されることになる。しかしながら、このように燃料噴射時期の最終補正量ＫＴｉｊが或る程度大きな値に維持されると、例えば機関過渡運転時のように目標自着火時期と予想自着火時期との偏差が大きくなるようなときに燃料噴射時期を補正する余地が小さくなる。この結果、機関過渡運転時のように自着火時期の差分が大きくなったときには燃料噴射時期によってこの差分を小さくする余地が小さくなる。この結果、この差分を小さくするために、応答速度の速い燃料噴射時期ではなく、他の操作パラメータを補正することになってしまう。

そこで、本実施形態では、内燃機関の定常運転中に燃料噴射時期の最終補正量ＫＴｉｊが所定の閾値以上である場合には、燃料噴射時期の最終補正量ＫＴｉｊを減少させると共に燃料噴射時期の最終補正量ＫＴｉｊの減少に伴って自着火時期が変化する方向とは逆方向に自着火時期が変化するように燃料噴射時期以外の少なくとも一つの操作パラメータの値を補正するようにしている。

図１１は、燃焼噴射時期の補正量を他の操作パラメータの補正量に変換する学習補正制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔で実行される。図１１のステップＳ６１及びＳ６２は、図８のステップＳ１１及びＳ１２と同様であるため、説明を省略する。

図１１に示したように、ステップＳ６３では、内燃機関が定常運転中であるか否かが判定される。内燃機関が定常運転中であるか否かの判定は様々な手法を採用可能である。例えば、機関回転速度、吸入空気量、スロットル開度等の単位時間当たりの変化量が予め定められた所定量以下である場合には内燃機関は定常運転中であると判定され、予め定められた所定値よりも大きいときには内燃機関は過渡運転中であると判定される。ステップＳ６３において、内燃機関が過渡運転中であると判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップＳ６３において、内燃機関が定常運転中であると判定された場合にはステップＳ６４へと進む。

ステップＳ６４では、予想自着火時期と目標自着火時期との差分ΔＴｉｇが所定の限界基準値Ｔｉｇｒｅｆ０未満であるか否かが判定される。限界基準値Ｔｉｇｒｅｆ０は、上述した第一基準値Ｔｉｇｒｅｆ１よりも小さい値とされる。したがって、ステップＳ６４では、差分ΔＴｉｇがほぼゼロとなっていて実質的に予想自着火時期が目標自着火時期に収束しているか否かが判定される。予想自着火時期が目標自着火時期に収束していない状態で燃料噴射時期の最終補正量ＫＴｉｊを他の操作パラメータに取り込んでしまうと、その後に最終補正量ＫＴｉｊが再度変化することになる。このため、ステップＳ６４において差分ΔＴｉｇが所定の限界基準値Ｔｉｇｒｅｆ０以上であると判定された場合には、燃料噴射時期の最終補正量ＫＴｉｊを他の操作パラメータに取り込むことなく制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップＳ６４において、差分ΔＴｉｇが所定の限界基準値Ｔｉｇｒｅｆ０未満であると判定された場合には、ステップＳ６５へと進む。

ステップＳ６５では、現在の燃料噴射時期の最終補正量ＫＴｉｊが所定の閾値Ｋｒｅｆ以上であるか否かが判定される。閾値Ｋｒｅｆは、誤差程度の値とされ、燃料噴射時期の最終補正量ＫＴｉｊを他の操作パラメータに不必要に頻繁に取り込んでしまうことが抑制されるように設定される。ステップＳ６５において、燃料噴射時期の最終補正量ＫＴｉｊ未満であると判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップＳ６５において、燃料噴射時期の最終補正量ＫＴｉｊ未満であると判定された場合にはステップＳ６６へと進む。

ステップＳ６６では、最終補正量ＫＴｉｊに相当する学習値ＧＸが算出される。例えば、学習値ＧＸは、最終補正量ＫＴｉｊだけ燃料噴射時期を補正した場合における自着火時期の変化量に相当する値になるように算出される。

次いで、ステップＳ６７では、燃料噴射時期以外の操作パラメータ（本実施形態では、吸気弁２１の閉弁時期）の補正量ＫＩＶＣが、学習値ＧＸに対応する量だけ増大せしめられる。上述したように、学習値ＧＸを最終補正量ＫＴｉｊだけ燃料噴射時期を補正した場合における変化量に相当する値に設定している場合には、学習値ＧＸだけ自着火時期を変化させるのに必要な量だけ吸気弁閉弁時期の最終補正量ＫＩＶＣが増大せしめられる。一方、燃料噴射時期の最終補正量ＫＴｉｊ及び学習値ＧＸはゼロにリセットされ、制御ルーチンが終了せしめられる。

＜第四実施形態＞
次に、図１２及び図１３を参照して、第四実施形態に係る内燃機関について説明する。第四実施形態に係る内燃機関の構成及び制御は基本的に第一実施形態から第三実施形態に係る内燃機関の構成及び制御と同様である。したがって、以下では、第一実施形態から第三実施形態に係る内燃機関と異なる点を中心に説明する。

図１２は、第四実施形態に係る内燃機関１の概略的な構成図である。本実施形態に係る内燃機関では、図１２に示したように、シリンダヘッド１３の各気筒１１の中央付近において、燃焼室１５内の混合気に点火するための点火プラグ１６が設けられている。特に、本実施形態では、点火プラグ１６は、点火プラグ１６の電極部が燃料噴射弁３１からの燃料噴射領域Ｆ又はその近傍に位置するように、燃料噴射弁３１に隣接して各気筒１１の中央近傍に配置されている。

本実施形態に係る内燃機関では、燃焼室１５内の予混合気を自着火燃焼させるにあたって、燃焼室１５内の混合気に点火する点火プラグ１６によって着火アシストを行う。より詳細には、予混合気を燃焼室１５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、この火炎伝播燃焼によって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、残りの燃料を予混合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。したがって、本実施形態では、図１３に示したように、最初に燃料噴射弁３１からメイン燃料の噴射が行われると共に、その後、圧縮上死点近傍において燃料噴射弁３１から着火アシスト燃料の噴射が行われ、その直後に点火プラグ１６による点火が行われる。

本実施形態においても、上記第一実施形態から第三実施形態と同様に、目標自着火時期算出部Ａ３０により機関負荷ＫＬ及び機関回転速度ＮＥに基づいて目標自着火時期が算出される。加えて、本実施形態においても、予想自着火時期算出部Ａ２０により、筒内状態量算出部Ａ１０で算出された各状態量に基づいて予想自着火時期Ｔｉｇｆが算出される。

本実施形態においては、着火アシストを実施することから、筒内状態の推定にあたっては、着火アシストを実施しない場合と比べて、着火アシストによって生じる熱量分だけ点火時期からの筒内圧力及び筒内温度の推移が変化する。そこで、本実施形態では、圧力算出部Ａ１２及び温度算出部Ａ１３は、着火アシスト用の燃料の目標噴射時期及び目標噴射量及び点火プラグによる目標点火時期に基づいて点火時期からの筒内圧力及び筒内温度を補正する。予想自着火時期算出部Ａ２０では、このようにして圧力算出部Ａ１２及び温度算出部Ａ１３によって求められた筒内圧力及び筒内温度に基づいて予想自着火時期Ｔｉｇｆを算出する。

このように着火アシストを実施する場合には、メイン燃料の自着火時期は、着火アシスト燃料の噴射時期及び点火時期の影響を大きく受ける。従って、本実施形態では、自着火時期の差分ΔＴｉｇが第一基準値未満の場合には、着火アシスト燃料の噴射時期を補正することになる。

なお、本実施形態においても、予想自着火時期算出部Ａ２０は、予想自着火時期の代わりに、実自着火時期を算出してもよい。この場合、図１３に示したように、熱発生率に基づいて、熱発生率の上昇率が最も高いときの延長線が熱発生率０の直線と交差するがを実自着火時期として算出される。

１内燃機関
１０機関本体
１５燃焼室
３１燃料噴射弁
７１電子制御ユニット（ＥＣＵ）

Claims

燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、該燃料噴射弁を含む内燃機関のアクチュエータを制御する制御装置とを備えた内燃機関であって、
前記制御装置は、機関負荷及び機関回転数に基づいて前記燃料噴射弁を含む内燃機関のアクチュエータを制御すると共に、このときの目標自着火時期を算出する目標自着火時期算出処理と、
前記燃焼室内の混合気の実自着火時期又は予想自着火時期を算出する自着火時期算出処理と、
前記実自着火時期又は前記予想自着火時期が前記目標自着火時期に一致するように前記燃料噴射弁を含む内燃機関のアクチュエータの操作パラメータの値を補正する補正処理と、を実行するように構成され、
前記制御装置は、前記補正処理において、前記実自着火時期又は前記予想自着火時期と前記目標自着火時期との差が所定の基準値未満の場合には前記操作パラメータのうち燃料噴射時期のみを補正すると共に、前記実自着火時期又は前記予想自着火時期と前記目標自着火時期との差が前記基準値以上である場合には、前記燃料噴射時期に加えて又は前記燃料噴射時期を補正せずに、前記操作パラメータのうち燃料噴射時期以外の少なくとも一つの操作パラメータを補正する、内燃機関。
前記制御装置は、前記補正処理において、前記実自着火時期又は前記予想自着火時期と前記目標自着火時期との差が前記基準値以上であっても、前記基準値よりも大きい所定の第二基準値未満である場合には前記燃料噴射弁からの燃料噴射量は補正せず、且つ、前記実自着火時期又は前記予想自着火時期と前記目標自着火時期との差が前記第二基準値以上である場合には前記燃料噴射量も補正する、請求項１に記載の内燃機関。
前記制御装置は、当該内燃機関の定常運転中に前記燃料噴射時期の補正量が所定の閾値以上である場合には、前記燃料噴射時期の補正量を減少させると共に該燃料噴射時期の補正量の減少に伴って自着火時期が変化する方向とは逆方向に自着火時期が変化するように前記燃料噴射時期以外の少なくとも一つの操作パラメータの値を補正する、請求項１又は２に記載の内燃機関。