JP2020101128A - エンジンの燃焼制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】デポジットの除去性能を高めることにより、プリイグを効果的に抑制できるようにする。【解決手段】自動車に搭載されているエンジン１の燃焼制御装置である。点火プラグ２５、吸気通路４０、排気通路５０、ＥＧＲ通路５２、ＥＧＲ弁５４、およびＥＣＵ１０を備える。ＥＣＵ１０は、燃焼室１７の中に堆積するデポジットを抑制するデポジット抑制部１００を有している。デポジット抑制部１００は、デポジットの堆積量を推定する制御と、デポジットを除去する制御とを実行する。デポジット除去制御で、点火プラグ２５の制御とともに、排気ガスの量を減少させるＥＧＲ弁５４の制御が行われる。【選択図】図６

Description

開示する技術は、自動車に搭載されているエンジンの燃焼制御装置に関する。

エンジンの燃焼において、点火する前に燃焼が始まる異常燃焼現象（いわゆるプリイグニッション、「プリイグ」ともいう）が存在する。プリイグが発生すると、エンジンはダメージを受ける。そのため、プリイグの抑制は、エンジンの燃焼制御において重要な課題となっている。

燃焼時には、燃料やエンジンオイルが燃焼室の壁面に付着する。その付着物が、時間を経て堆積することにより、「デポジット」を生成する。このデポジットがプリイグの一因であることは知られている。従って、デポジットが多量に生成しないようにすることは、プリイグの抑制に対する有効な措置となる。

そのため、特許文献１には、デポジットを定期的に除去する技術が提案されている。具体的には、定期的に、点火時期を進角させることにより、燃焼室で強制的にノッキングを発生させる。そうすることにより、ノッキングの衝撃でデポジットを剥離して除去する。

国際公開番号ＷＯ２０１３／１３２６１３号公報

本来、ノッキングは、騒音や振動の原因となるため、抑制するのが好ましい。しかし、ノッキングはまた、特許文献１に記載されているように、デポジットの除去手段ともなり得る。

エンジンの運転領域のうち、負荷の高い領域では、燃料や空気量が多くなるので、燃焼は激しくなり易い。そのため、通常の燃焼においてもノッキングは自然に発生する。特に、幾何学的圧縮比の高いエンジンや過給エンジンにおいて顕著である。

従って、デポジットを除去するために、ノッキングを強制的に発生させる必要があるのは、主に、負荷の低い運転領域である。

近年では、円滑な運転、エミッション抑制、燃費抑制などの観点から、エンジンの燃焼に際し、燃焼室にＥＧＲガス（排気ガス）を導入することが行われている。混合気中のＥＧＲガスの割合は、エンジンの運転状態に応じて調整される。

燃焼室にＥＧＲガスが導入されると、その分だけ空気量が減る。その結果、燃焼が緩慢になるので、ノッキングは発生し難くなる。従って、ＥＧＲガスの量が多いと、点火時期を進角させてもノッキングが発生しない場合が発生する。その傾向は、負荷の低い運転領域において、よりいっそう強くなる。従って、引用文献１の技術は、改善の余地がある。

開示する技術の主たる目的は、デポジットの除去性能を高めることにより、プリイグを効果的に抑制できるエンジンの燃焼制御装置を実現することにある。

開示する技術は、自動車に搭載されているエンジンの燃焼制御装置に関する。

前記燃焼制御装置は、前記エンジンの燃焼室の中で混合気に点火する点火プラグと、前記燃焼室に吸気ガスを導入する吸気通路と、前記燃焼室で発生する排気ガスを導出する排気通路と、前記吸気通路と前記排気通路とに連通し、排気ガスの一部を前記吸気通路に還流させるＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路を流れる排気ガスの量を調整するＥＧＲ弁と、前記エンジンの運転状態に応じて、前記点火プラグおよび前記ＥＧＲ弁を制御する制御装置本体と、を備える。

前記制御装置本体は、前記燃焼室の中に堆積するデポジットを抑制するデポジット抑制部を有している。前記デポジット抑制部は、前記デポジットの堆積量を推定するデポジット量推定制御と、推定された前記デポジットの堆積量が所定の設定値以上になった場合に、前記デポジットを除去するデポジット除去制御と、を実行する。そして、前記デポジット除去制御で、混合気に点火して燃焼させる前記点火プラグの制御とともに、前記燃焼室に導入される排気ガスの量を減少させる前記ＥＧＲ弁の制御が行われる。

すなわち、開示する技術が対象とするエンジンでは、燃焼時にＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）が行われる。すなわち、燃焼時に排気ガスの一部を吸気通路に還流し、空気に排気ガスが混ざった吸気ガスを燃焼室の中に導入する。

そして、デポジットの堆積量を推定し、その堆積量が所定の設定値以上になった場合にデポジットを除去する。デポジットが多量に堆積すると、プリイグが発生することから、デポジットの堆積量を所定値未満に抑制することで、プリイグの発生を抑制できる。

この燃焼制御装置では、デポジットを除去するために、混合気に点火する燃焼とともに、外部ＥＧＲガスの導入量を減少させる制御を行う。外部ＥＧＲガスの導入量が減ると、その分だけ空気量が増える。空気量が増えれば、ノッキングが発生し易くなる。外部ＥＧＲガスの導入量を調節することで、安定してノッキングを発生させることができる。ノッキングが発生すれば、その衝撃でデポジットを除去できる。

外部ＥＧＲガスの導入量の調節であれば、エンジンの広い運転領域で行える。負荷の低い運転領域でも、安定してノッキングを発生させることができる。その結果、デポジットの除去性能が高まるので、プリイグを効果的に抑制できるようになる。

前記燃焼制御装置はまた、前記エンジンの運転領域のうち、所定以上の高負荷側では前記デポジット除去制御の実行が制限される、としてもよい。

負荷の高い運転領域では、燃料や空気量が多くなるので、燃焼は激しくなり易い。そのため、通常の燃焼時にもノッキングは自然に発生する。そのような領域で、外部ＥＧＲガスの導入量を減少させると、強いノッキングが多発するようになる。その結果、騒音や振動で不快感を与えるおそれがある。

そこで、この燃焼制御装置では、エンジンの運転領域のうち、所定以上の高負荷側では、デポジット除去制御の実行を制限する。それにより、強いノッキングの発生を抑制する。

前記燃焼制御装置はまた、前記燃焼室の中の圧力を検出する筒内圧センサを更に備え、前記デポジット抑制部が、前記燃焼室に臨むピストンの表面温度に基づいて、経時的に変化する前記デポジットの増量分を推定するデポジット増量推定処理と、前記筒内圧センサの検出値から算出される所定の燃焼騒音指標値に基づいて、経時的に変化する前記デポジットの減量分を推定するデポジット減量推定処理と、を前記デポジット量推定制御で行うことにより、前記デポジットの増量分および減量分に基づいて、前記デポジットの堆積量を推定する、としてもよい。

詳細は後述するが、燃焼室に臨むピストンの表面温度に基づいて、経時的に変化するデポジットの増量分を、精度高く推定することができる。また、筒内圧センサの検出値から算出される所定の燃焼騒音指標値に基づいて、経時的に変化するデポジットの減量分を、精度高く推定することができる。従って、これらデポジットの増減量に基づけば、経時的に変化するデポジットの堆積量を、精度高く推定することができる。

デポジットの堆積量が精度高く推定できれば、適切なタイミングでデポジットの除去が行える。デポジットの除去性能が高まって、プリイグを効果的に抑制できるようになる。

その場合、前記デポジット抑制部が、前記デポジット除去制御の実行中に、前記デポジット増量推定処理および前記デポジット減量推定処理を行い、前記デポジットの増量分および減量分に基づいて前記デポジットの堆積量を推定し、推定された前記デポジットの堆積量が所定の設定値以下になった場合に、前記デポジット除去制御を終了する、としてもよい。

デポジット除去制御では、ノッキングを発生させて、その衝撃でデポジットを除去する。デポジットを十分に除去するには、ノッキングを多数発生させる必要がある。その際、デポジットの増減を推定すれば、定量的に、デポジット除去制御を終了するタイミングが判断できる。効率的かつ効果的なデポジット除去制御が行える。

前記燃焼制御装置はまた、前記デポジット抑制部が更に、デポジット除去制御の実行後、所定の期間を経過したか否かを判別する堆積期間制御を実行し、前記所定の期間を経過した場合にも前記デポジット除去制御を実行する、としてもよい。

すなわち、デポジット量推定制御と並行して堆積期間制御を行う。互いに独立した制御に基づいて、デポジット除去制御のタイミングを判断するので、デポジットの除去を、より確実に行える。

前記燃焼制御装置はまた、前記デポジット除去制御で更に、前記点火プラグの点火時期を進角させる制御が行われる、としてもよい。

点火時期を進角させれば、ノッキングは発生し易くなる。従って、外部ＥＧＲガスの導入量の減少と併せて点火時期を進角させれば、よりいっそうノッキングを発生させ易くなる。

開示する技術によれば、デポジットの除去性能を高めることができる。それにより、プリイグを効果的に抑制できるようになる。

開示する技術を適用したエンジンの構成を例示する概略図である。 燃焼室の構成を例示する図であり、上図は燃焼室の平面視相当図、下図はII−II線断面図である。 ＥＣＵとその主な関連装置との関係を例示するブロック図である。 ＳＰＣＣＩ燃焼の波形を例示する図である。 エンジンの燃焼制御に関するマップの一例である。 デポジットの抑制制御に関連する、ＥＣＵとその主な関連装置の機能的な関係を示すブロック図である。 ノッキングとデポジット除去効果との関係を示すグラフである。 デポジット除去制御に関するマップの一例である。 デポジットの堆積と温度との関係を示すグラフである。 デポジット除去制御に関するマップの一例である。 デポジットの抑制制御に関する制御ブロックの一例である。 デポジットの抑制制御のフローチャートの一例である。 図１２Ａに続くフローチャートである。

以下、開示する技術の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ただし、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物あるいはその用途を制限するものではない。すなわち、説明する各構成の内容は例示であり、逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

＜エンジン＞
図１に、開示する技術を適用したエンジン１を例示する。エンジン１は、燃焼室１７が吸気行程、圧縮行程、膨張行程、および排気行程を繰り返すことにより運転する４ストロークのレシプロエンジンである。エンジン１は、四輪の自動車に搭載されている。エンジン１が運転することによって、自動車は走行する。

詳細は後述するが、エンジン１には、ＥＣＵ（Engine Control Unit）１０が備えられている。エンジン１の運転は、ＥＣＵ１０によって制御される。ＥＣＵ１０はまた、開示する燃焼制御装置の制御装置本体を構成する。

エンジン１の燃料は、この構成例においてはガソリンである。燃料は、少なくともガソリンを含む液体燃料であればよい。燃料は、例えばバイオエタノール等を含むガソリンであってもよい。

エンジン１は、シリンダブロック１２と、その上に載置されるシリンダヘッド１３とを備えている。シリンダブロック１２の内部に複数のシリンダ１１（気筒）が形成されている。図１では、一つのシリンダ１１のみを示す。エンジン１は、多気筒エンジンである。

各シリンダ１１内には、ピストン３が摺動自在に内挿されている。ピストン３は、コネクティングロッド１４を介してクランクシャフト１５に連結されている。ピストン３は、シリンダ１１およびシリンダヘッド１３と共に燃焼室１７を区画する。ピストン３の上面（表面）は、燃焼室１７に臨んでいる。

尚、「燃焼室」は広義で用いる場合がある。つまり、「燃焼室」は、ピストン３の位置に関わらず、ピストン３、シリンダ１１およびシリンダヘッド１３によって形成される空間を意味する場合がある。

シリンダヘッド１３の下面、つまり、燃焼室１７の天井面は、図２の下図に示すように、傾斜面１３１１と、傾斜面１３１２とによって構成されている。傾斜面１３１１は、吸気側から、後述するインジェクタ６の噴射軸心Ｘ２に向かって上り勾配となっている。傾斜面１３１２は、排気側から噴射軸心Ｘ２に向かって上り勾配となっている。燃焼室１７の天井面は、いわゆるペントルーフ形状である。

燃焼室１７に臨むピストン３の上面は、燃焼室１７の天井面に向かって隆起している。ピストン３の上面には、キャビティ３１が形成されている。キャビティ３１は、ピストン３の上面から凹陥している。キャビティ３１は、この構成例では、浅皿形状を有している。キャビティ３１の中心は、シリンダ１１の中心軸Ｘ１よりも排気側にずれている。

詳細は後述するが、このエンジン１は、一部の運転領域において、ＳＩ（Spark Ignition）燃焼とＣＩ（Compression Ignition）燃焼とを組み合わせたＳＰＣＣＩ（SPark Controlled Compression Ignition）燃焼を行う。

ＳＩ燃焼は、燃焼室の中の混合気に強制的に点火を行うことにより開始する火炎伝播を伴う燃焼である。ＣＩ燃焼は、燃焼室の中の混合気が圧縮着火することにより開始する燃焼である。

ＳＰＣＣＩ燃焼では、燃焼室の中の混合気に強制的に点火を行って、火炎伝播による燃焼を開始させる。それにより、ＳＩ燃焼の発熱及び火炎伝播による圧力上昇によって、燃焼室の中の未燃混合気がＣＩ燃焼する。すなわち、ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼による発熱と圧力上昇とを利用して、ＣＩ燃焼をコントロールする。エンジン１は、圧縮着火式エンジンである。

エンジン１の幾何学的圧縮比は、１０以上３０以下に設定することができる。例えば、エンジン１の幾何学的圧縮比は、一般的な火花点火式エンジンよりも高い、１６以上としてもよい。しかし、このエンジン１では、ＳＰＣＣＩ燃焼を行うので、ピストン３が圧縮上死点に至った時の燃焼室１７の温度（つまり、圧縮端温度）を高くする必要がない。エンジン１は、幾何学的圧縮比を、比較的低く設定することが可能である。幾何学的圧縮比を低くすると、冷却損失の低減、および、機械損失の低減に有利になる。

エンジン１の幾何学的圧縮比はまた、レギュラー仕様（燃料のオクタン価が９１程度の低オクタン価燃料）においては、１４〜１７とし、ハイオク仕様（燃料のオクタン価が９６程度の高オクタン価燃料）においては、１５〜１８としてもよい。

シリンダヘッド１３には、シリンダ１１毎に、吸気ポート１８が形成されている。図示は省略するが、吸気ポート１８は、２つの吸気ポートを有している。これら吸気ポート１８，１８は、燃焼室１７に連通している。吸気ポート１８は、いわゆるタンブルポートである。つまり、吸気ポート１８は、燃焼室１７の中にタンブル流が形成されるような形状を有している。

吸気ポート１８には、吸気弁２１が配設されている。吸気弁２１は、燃焼室１７と吸気ポート１８との間を開閉する。吸気弁２１は動弁機構によって、所定のタイミングで開閉する。動弁機構は、バルブタイミングおよび／またはバルブリフトを可変にする可変動弁機構とすればよい。

このエンジン１は、その可変動弁機構として、吸気電動Ｓ−ＶＴ（Sequential-Valve Timing）２３を有している（図３参照）。吸気電動Ｓ−ＶＴ２３は、吸気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更する。吸気弁２１の開弁タイミングおよび閉弁タイミングは、連続的に変化する。尚、吸気動弁機構は、電動Ｓ−ＶＴに代えて、油圧式のＳ−ＶＴを有していてもよい。

シリンダヘッド１３にはまた、シリンダ１１毎に、排気ポート１９が形成されている。排気ポート１９も、２つの排気ポートを有している。これら排気ポート１９，１９は、燃焼室１７に連通している。

排気ポート１９には、排気弁２２が配設されている。排気弁２２は、燃焼室１７と排気ポート１９との間を開閉する。排気弁２２は動弁機構によって、所定のタイミングで開閉する。この動弁機構は、バルブタイミングおよび／またはバルブリフトを可変にする可変動弁機構とすればよい。

このエンジン１では、その可変動弁機構として、排気電動Ｓ−ＶＴ２４を有している（図３参照）。排気電動Ｓ−ＶＴ２４は、排気カムシャフトの回転位相を所定の角度範囲内で連続的に変更する。排気弁２２の開弁タイミングおよび閉弁タイミングは、連続的に変化する。尚、排気動弁機構は、電動Ｓ−ＶＴに代えて、油圧式のＳ−ＶＴを有していてもよい。

吸気電動Ｓ−ＶＴ２３および排気電動Ｓ−ＶＴ２４は、吸気弁２１と排気弁２２との両方が開弁するオーバーラップ期間の長さを調節する。オーバーラップ期間の長さを長くすると、燃焼室１７の中の残留ガスを掃気することができる。また、オーバーラップ期間の長さを調節することによって、内部ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガスを燃焼室１７の中に導入することができる。内部ＥＧＲシステムは、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３および排気電動Ｓ−ＶＴ２４によって構成されている。尚、内部ＥＧＲシステムは、Ｓ−ＶＴによって構成されるとは限らない。

シリンダヘッド１３には、シリンダ１１毎に、インジェクタ６（燃料噴射弁）が取り付けられている。インジェクタ６は、燃焼室１７の中に燃料を直接噴射する。図２に示すように、インジェクタ６は、傾斜面１３１１と傾斜面１３１２とが交差するペントルーフの谷部に配設されている。

インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２は、シリンダ１１の中心軸Ｘ１よりも排気側に位置している。インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２は、中心軸Ｘ１に平行である。インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２とキャビティ３１の中心とは一致している。インジェクタ６は、キャビティ３１に対向している。

尚、インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２は、シリンダ１１の中心軸Ｘ１と一致していてもよい。その構成の場合に、インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２と、キャビティ３１の中心とは一致していてもよい。

インジェクタ６は、詳細な図示は省略するが、複数の噴孔（このエンジン１では１０個）を有している。噴孔は、周方向に等角度に配置されている。従って、インジェクタ６は、図２に二点鎖線で示すように、燃料噴霧が、燃焼室１７の中央から放射状に広がるように燃料を噴射する。

インジェクタ６には、燃料供給システム６１が接続されている。燃料供給システム６１は、燃料タンク６３と、燃料タンク６３とインジェクタ６とを互いに連結する燃料供給路６２とを備えている。燃料タンク６３は、燃料を貯留する。燃料供給路６２には、燃料ポンプ６５およびコモンレール６４が設置されている。

燃料ポンプ６５は、コモンレール６４に燃料を圧送する。燃料ポンプ６５は、例えば、クランクシャフト１５によって駆動されるプランジャー式である。コモンレール６４は、燃料ポンプ６５から圧送された燃料を、高い燃料圧力で蓄える。インジェクタ６が開弁すると、コモンレール６４に蓄えられた燃料が、インジェクタ６から燃焼室１７の中に噴射される。

燃料供給システム６１は、３０ＭＰａ以上の高い圧力の燃料を、インジェクタ６に供給することが可能である。インジェクタ６に供給する燃料の圧力は、エンジン１の運転状態に応じて変更してもよい。

（点火プラグ２５）
図１、図２に示すように、シリンダヘッド１３には、シリンダ１１毎に、点火プラグ２５が取り付けられている。点火プラグ２５は、燃焼室１７の中で混合気に強制的に点火をする。点火プラグ２５は、シリンダ１１の中心軸Ｘ１よりも吸気側に配設されている。点火プラグ２５は、２つの吸気ポート１８の間に位置している。

点火プラグ２５は、上方から下方に向かって、燃焼室１７の中央に近づく方向に傾いて、シリンダヘッド１３に取り付けられている。点火プラグ２５の電極は、燃焼室１７の中に臨んでかつ、燃焼室１７の天井面の付近に位置している。尚、点火プラグ２５を、シリンダ１１の中心軸Ｘ１よりも排気側に配置してもよい。また、点火プラグ２５をシリンダ１１の中心軸Ｘ１上に配置してもよい。

（吸気通路４０）
図１に示すように、エンジン１の側面には吸気通路４０が連結されている。吸気通路４０は、各シリンダ１１の吸気ポート１８に連通している。吸気通路４０を流れるガス（吸気ガス）が燃焼室１７に導入される。

吸気通路４０の上流側の端部には、エアクリーナー４１が配設されている。エアクリーナー４１は、新気を濾過する。吸気通路４０の下流側の端部には、サージタンク４２が配設されている。吸気通路４０におけるサージタンク４２よりも下流側の部位は、シリンダ１１毎に分岐し、各々が独立した通路を構成している。これら通路が、各シリンダ１１の吸気ポート１８に連結されている。

吸気通路４０におけるエアクリーナー４１とサージタンク４２との間の部位には、開度の調節が可能なスロットル弁４３が配設されている。スロットル弁４３は、燃焼室１７に導入する新気（空気）の量を調節する。

吸気通路４０におけるスロットル弁４３の下流側の部位には、過給機４４が配設されている。過給機４４は、燃焼室１７に導入する吸気ガスを過給する。過給機４４は、エンジン１によって駆動される機械式の過給機である。機械式の過給機４４は、ルーツ式、リショルム式、ベーン式、または遠心式であってもよい。

過給機４４は、電磁クラッチ４５を介してエンジン１と連結されている。電磁クラッチ４５は、エンジン１から過給機４４への駆動力の伝達の有無を切り替える。電磁クラッチ４５の切り替えは、ＥＣＵ１０が行う。電磁クラッチ４５の切り替えにより、過給機４４のオンとオフとが切り替わる。

吸気通路４０における過給機４４の下流の部位には、インタークーラー４６が配設されている。インタークーラー４６は、過給機４４が圧縮した吸気ガスを冷却する。インタークーラー４６には、例えば水冷式または油冷式のクーラーが利用できる。

吸気通路４０には、バイパス通路４７が連結されている。バイパス通路４７は、吸気通路４０における過給機４４の上流側の部位と、インタークーラー４６の下流側の部位とに連結されている。バイパス通路４７は、過給機４４およびインタークーラー４６をバイパスする。バイパス通路４７には、エアバイパス弁４８が配設されている。エアバイパス弁４８は、バイパス通路４７を流れる吸気ガスの流量を調節する。

ＥＣＵ１０は、過給機４４をオフにしたときに、エアバイパス弁４８を全開にする。吸気通路４０を流れる吸気ガスは、過給機４４をバイパスして、エンジン１の燃焼室１７に流入する。エンジン１は、非過給、つまり自然吸気の状態で運転する。

過給機４４をオンにすると、エンジン１は過給状態で運転する。エンジン１が過給状態で運転しているときには、ＥＣＵ１０は、エアバイパス弁４８の開度を調節する。それにより、過給機４４を通過した吸気ガスの一部は、バイパス通路４７を通って過給機４４の上流側に逆流する。

ＥＣＵ１０がエアバイパス弁４８の開度を調節すると、燃焼室１７に導入される吸気ガスの圧力が変わる。つまり、過給圧が変わる。尚、過給時とは、サージタンク４２内の圧力が大気圧を超える時をいい、非過給時とは、サージタンク４２内の圧力が大気圧以下になる時をいう、と定義してもよい。

エンジン１は、図２に白抜きの矢印で示すように、燃焼室１７の中でスワール流を発生させる。図１に示すように、吸気通路４０にスワールコントロール弁５６が取り付けられている。スワールコントロール弁５６は、詳細な図示は省略するが、二つの吸気ポート１８，１８のうちの一方の吸気ポート１８に配設されている。

スワールコントロール弁５６は、流路を絞ることができる開度調節弁である。開度が小さくなるとスワール流は強くなる。開度が大きくなるとスワール流は弱くなる。全開になるとスワール流は発生しない。

（排気通路５０）
エンジン１の側面（吸気通路４０とは反対側の側面）には、排気通路５０が連結されている。排気通路５０は、各シリンダ１１の排気ポート１９に連通している。排気通路５０は、燃焼室１７で発生する排気ガスを導出する。排気通路５０の上流側の部分は、詳細な図示は省略するが、シリンダ１１毎に分岐している。これら独立した通路の各々が、各シリンダ１１の排気ポート１９に連結されている。

排気通路５０には、複数の触媒コンバーター５１Ｕ，５１Ｄを有する排気ガス浄化システムが配設されている。上流側に位置する触媒コンバーター５１Ｕは、自動車のエンジンルーム（図示せず）の中に配設されている。図１に示すように、その触媒コンバーター５１Ｕは、三元触媒５１１と、ＧＰＦ（Gasoline Particulate Filter）５１２とを有している。

下流側に位置する触媒コンバーター５１Ｄは、エンジンルームの外に配設されている。その触媒コンバーター５１Ｄは、三元触媒５１３を有している。尚、ＧＰＦ５１２は省略してもよい。また、触媒コンバーター５１Ｕ，５１Ｄは、三元触媒５１１，５１３を有するものに限定されない。さらに、三元触媒５１１およびＧＰＦ５１２の並び順は、適宜変更してもよい。

（ＥＧＲ通路５２、ＥＧＲ弁５４）
吸気通路４０と排気通路５０との間には、ＥＧＲ通路５２が連結されている。ＥＧＲ通路５２は、排気ガスの一部を吸気通路４０に還流させる。従って、吸気ガスは、新気だけでなく排気ガスを含む場合もある。

ＥＧＲ通路５２の上流側の端部は、排気通路５０における上流の触媒コンバーター５１Ｕと下流の触媒コンバーター５１Ｄとの間の部位に連通している。ＥＧＲ通路５２の下流側の端部は、吸気通路４０における過給機４４の上流側の部位に連通している。ＥＧＲ通路５２を流れる排気ガスは、バイパス通路４７のエアバイパス弁４８を通らずに、吸気通路４０の過給機４４より上流側に入る。

ＥＧＲ通路５２には、水冷式のＥＧＲクーラー５３が配設されている。ＥＧＲクーラー５３は、排気ガスを冷却する。ＥＧＲ通路５２にはまた、ＥＧＲ弁５４が配設されている。ＥＧＲ弁５４は、ＥＧＲ通路５２を流れる排気ガスの量を調節する。すなわち、ＥＧＲ弁５４により、吸気通路４０に還流する冷却された排気ガス（外部ＥＧＲガス）の量が調節される。外部ＥＧＲガスの量の多少により、吸気ガスの温度の調節が可能になる。

（ＥＣＵ１０）
ＥＣＵ１０は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラーである。図３に示すように、ＥＣＵ１０は、プログラムを実行するＣＰＵ１０ａと、プログラムおよびデータを格納するメモリ１０ｂと、電気信号を入出力するインターフェース１０ｃとを備えている。メモリ１０ｂには、制御に用いる制御ロジック（詳細は後述）やマップなどが記憶されている。

ＥＣＵ１０には、図１、図３に示すように、各種のセンサＳＷ１〜ＳＷ１７が接続されている。これらセンサＳＷ１〜ＳＷ１７の各々は、検出した情報を電気信号として出力し、インターフェース１０ｃを介してＥＣＵ１０に入力する。これらセンサＳＷ１〜ＳＷ１７の内容を以下に示す。

エアフローセンサＳＷ１：吸気通路４０におけるエアクリーナー４１の下流に配置されかつ、吸気通路４０を流れる新気の流量を検出する
第１吸気温度センサＳＷ２：吸気通路４０におけるエアクリーナー４１の下流に配置されかつ、吸気通路４０を流れる新気の温度を検出する
第１圧力センサＳＷ３：吸気通路４０におけるＥＧＲ通路５２の連結位置よりも下流でかつ、過給機４４の上流に配置されかつ、過給機４４に流入するガスの圧力を検出する
第２吸気温度センサＳＷ４：吸気通路４０における過給機４４の下流でかつ、バイパス通路４７の連結位置よりも上流に配置されかつ、過給機４４から流出したガスの温度を検出する
吸気圧センサＳＷ５：サージタンク４２に取り付けられかつ、過給機４４の下流のガスの圧力を検出する
筒内圧センサＳＷ６：各シリンダ１１に対応してシリンダヘッド１３に取り付けられかつ、各燃焼室１７の中の圧力（筒内圧力）を検出する
排気温度センサＳＷ７：排気通路５０に配置されかつ、燃焼室１７から排出した排気ガスの温度を検出する
リニアＯ_２センサＳＷ８：排気通路５０における上流の触媒コンバーター５１Ｕよりも上流に配置されかつ、排気ガス中の酸素濃度を検出する
ラムダＯ_２センサＳＷ９：上流の触媒コンバーター５１Ｕにおける三元触媒５１１の下流に配置されかつ、排気ガス中の酸素濃度を検出する
水温センサＳＷ１０：エンジン１に取り付けられかつ、冷却水の温度を検出する
クランク角センサＳＷ１１：エンジン１に取り付けられかつ、クランクシャフト１５の回転角を検出する
アクセル開度センサＳＷ１２：アクセルペダル機構に取り付けられかつ、アクセルペダルの操作量に対応したアクセル開度を検出する
吸気カム角センサＳＷ１３：エンジン１に取り付けられかつ、吸気カムシャフトの回転角を検出する
排気カム角センサＳＷ１４：エンジン１に取り付けられかつ、排気カムシャフトの回転角を検出する
ＥＧＲ差圧センサＳＷ１５：ＥＧＲ通路５２に配置されかつ、ＥＧＲ弁５４の上流および下流の差圧を検出する
燃圧センサＳＷ１６：燃料供給システム６１のコモンレール６４に取り付けられかつ、インジェクタ６に供給する燃料の圧力を検出する
第３吸気温度センサＳＷ１７：サージタンク４２に取り付けられかつ、サージタンク４２内のガスの温度、換言すると燃焼室１７に導入される吸気ガスの温度を検出する。

ＥＣＵ１０は、これらセンサＳＷ１〜ＳＷ１７から入力される、様々な検出値の電気信号（検出信号）に基づいて、エンジン１の運転状態を判断する。そして、ＥＣＵ１０は、マップを適宜用いながら制御ロジックに従って、各デバイスの目標量および／または制御量を演算する。

ＥＣＵ１０は、演算で得た制御量に対応した電気信号を、インターフェース１０ｃを介して、インジェクタ６、点火プラグ２５、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３、排気電動Ｓ−ＶＴ２４、燃料供給システム６１、スロットル弁４３、ＥＧＲ弁５４、過給機４４の電磁クラッチ４５、エアバイパス弁４８、および、スワールコントロール弁５６に出力する。それにより、ＥＣＵ１０は、これら機器を総合的に制御する。

（ＳＰＣＣＩ燃焼のコンセプト）
エンジン１は、燃費の向上および排出ガス性能の向上を主目的として、所定の運転状態のときに、圧縮自己着火による燃焼を行う。自己着火による燃焼は、圧縮開始前の燃焼室１７の中の温度がばらつくと、自己着火のタイミングが大きく変化する。そこで、エンジン１は、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせたＳＰＣＣＩ燃焼を行う。

ＳＰＣＣＩ燃焼は、点火プラグ２５が強制的に点火をすることにより、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とが生じる形態である（部分的圧縮着火燃焼）。

ＳＩ燃焼の発熱量を調節することによって、圧縮開始前の燃焼室１７の中の温度のばらつきを吸収することができる。ＥＣＵ１０が点火時期を調節することによって、混合気を目標のタイミングで自己着火させることができる。

ＳＰＣＣＩ燃焼において、ＳＩ燃焼時の熱発生は、ＣＩ燃焼時の熱発生よりも穏やかである。ＳＰＣＣＩ燃焼における熱発生率（ｄＱ／ｄθ）の波形は、図４に例示するように、立ち上がりの傾きが、ＣＩ燃焼の波形における立ち上がりの傾きよりも小さくなる。また、燃焼室１７の中における圧力変動率（ｄｐ／ｄθ）も、ＳＩ燃焼時は、ＣＩ燃焼時よりも穏やかになる。

ＳＩ燃焼の開始後、未燃混合気が自己着火すると、自己着火のタイミングで、熱発生率の波形の傾きが、小から大へと変化する場合がある。熱発生率の波形は、ＣＩ燃焼が開始するタイミングθｃｉで、変曲点Ｘを有する場合がある。

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。しかし、ＣＩ燃焼は、圧縮上死点後に行われるため、熱発生率の波形の傾きが大きくなりすぎることが回避される。ＣＩ燃焼時の圧力変動率（ｄｐ／ｄθ）も、比較的穏やかになる。

圧力変動率（ｄｐ／ｄθ）は、燃焼騒音を表す指標として用いることができる。ＳＰＣＣＩ燃焼は、圧力変動率（ｄｐ／ｄθ）を小さくできるため、過剰な燃焼騒音を回避することが可能になる。従って、エンジン１の燃焼騒音は、許容レベル以下に抑えられる。

ＣＩ燃焼が終了することで、ＳＰＣＣＩ燃焼が終了する。ＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼に比べて、燃焼期間が短い。ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼よりも、燃焼終了時期が早まる。

ＳＰＣＣＩ燃焼の熱発生率波形は、ＳＩ燃焼によって形成された第１熱発生率部Ｑ_ＳＩと、ＣＩ燃焼によって形成された第２熱発生部Ｑ_ＣＩと、が、この順番に連続するように形成されている。

ここで、ＳＰＣＣＩ燃焼の特性を示すパラメータとして、ＳＩ率を定義する。ＳＩ率は、ＳＰＣＣＩ燃焼により発生した全熱量に対し、ＳＩ燃焼により発生した熱量の割合に関係する指標と定義する。ＳＩ率は、燃焼形態の相違する二つの燃焼によって発生する熱量比率である。

ＳＩ率が高いと、ＳＩ燃焼の割合が高く、ＳＩ率が低いと、ＣＩ燃焼の割合が高い。ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ燃焼の割合が高いと、燃焼騒音の抑制に有利になる。ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＣＩ燃焼の割合が高いと、エンジン１の燃費効率の向上に有利になる。

ＳＩ率は、ＣＩ燃焼により発生した熱量に対するＳＩ燃焼により発生した熱量の比率と定義してもよい。つまり、ＳＰＣＣＩ燃焼において、ＣＩ燃焼が開始するクランク角をＣＩ燃焼開始時期θｃｉとして、図４に示す波形８０１において、θｃｉよりも進角側であるＳＩ燃焼の面積Ｑ_ＳＩと、θｃｉを含む遅角側であるＣＩ燃焼の面積Ｑ_ＣＩとから、ＳＩ率＝Ｑ_ＳＩ／Ｑ_ＣＩとしてもよい。

（エンジン１の制御ロジック）
上述したように、ＥＣＵ１０は、メモリ１０ｂに記憶している制御ロジックに従って、エンジン１を運転する。

すなわち、ＥＣＵ１０は、各種センサＳＷ１〜ＳＷ１７から入力される電気信号に基づいて、エンジン１の運転状態を判断し、目標トルクを設定する。そして、ＥＣＵ１０は、エンジン１がその目標トルクを出力するように、燃焼室１７の中の状態量、燃料の噴射量、燃料の噴射時期、および、点火時期などを調節するため、演算を行う。

ＥＣＵ１０はまた、ＳＰＣＣＩ燃焼を行うときには、ＳＩ率とθｃｉとの二つのパラメータを用いてＳＰＣＣＩ燃焼をコントロールする。具体的には、ＥＣＵ１０は、エンジン１の運転状態に対応する目標ＳＩ率および目標θｃｉを定める。そして、ＥＣＵ１０は、実際のＳＩ率が目標ＳＩ率に一致し、かつ、実際のθｃｉが目標θｃｉとなるように、燃焼室１７の中の温度および点火時期の調節を行う。

ＥＣＵ１０は、エンジン１の負荷が低いときには、目標ＳＩ率を低く設定し、エンジン１の負荷が高いときには、目標ＳＩ率を高く設定する。エンジン１の負荷が低いときには、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＣＩ燃焼の割合を高めることによって、燃焼騒音の抑制と燃費性能の向上とが両立する。エンジン１の負荷が高いときには、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ燃焼の割合を高めることによって、燃焼騒音の抑制に有利になる。

（エンジン１の運転領域）
図５は、エンジン１の燃焼制御に係るマップ（温間時）を例示している。マップは、上述したように、ＥＣＵ１０のメモリ１０ｂに記憶されている。マップは、負荷の高低および回転数の高低に対し、大別して５つの領域に分かれる。

具体的には、５つの領域は、低負荷領域Ａ１、中負荷領域Ａ２（低負荷領域Ａ１よりも負荷が高い領域）、高負荷中回転領域Ａ３（中負荷領域Ａ２よりも負荷が高くかつ中回転の領域）、高負荷低回転領域Ａ４（中負荷領域Ａ２よりも負荷が高くかつ高負荷中回転領域Ａ３よりも回転数の低い領域）、および、高回転領域Ａ５（高回転の領域）である。

ここでいう低回転、中回転、および、高回転は、それぞれ、エンジン１の全運転領域を回転数方向に略三等分にしたときの、低回転、中回転、および、高回転としてもよい。図５の例では、回転数Ｎ１未満を低回転、回転数Ｎ２以上を高回転、回転数Ｎ１以上Ｎ２未満を中回転としている。回転数Ｎ１は、例えば１２００ｒｐｍ程度、回転数Ｎ２は、例えば４０００ｒｐｍ程度としてもよい。

また、低負荷の領域は、アイドル運転を含む低負荷側の領域、高負荷の領域は、全開負荷の運転状態を含む高負荷側の領域、中負荷の領域は、低負荷と高負荷との間の中間領域としてもよい。また、低負荷、中負荷、および、高負荷は、それぞれ、エンジン１の全運転領域を負荷方向に略三等分にしたときの、低負荷、中負荷、および、高負荷としてもよい。

エンジン１は、低負荷領域Ａ１、中負荷領域Ａ２、高負荷中回転領域Ａ３、および、高負荷低回転領域Ａ４において、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う。エンジン１はまた、高回転領域Ａ５においては、ＳＩ燃焼を行う。

混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）については、低負荷領域Ａ１では、リーンな状態に設定される（λ＞１）。中負荷領域Ａ２および高負荷低回転領域Ａ４では、実質的に理論空燃比に設定される（λ＝１）。高負荷中回転領域Ａ３および高回転領域Ａ５では、実質的に理論空燃比またはリッチな状態に設定される（λ≦１）。尚、λは空気過剰率に相当する（λ＝１：理論空燃比）。

（ＥＧＲ弁５４の制御）
ＥＧＲ弁５４は、ＳＰＣＣＩ燃焼が適切に行われるようにその開度が制御される。すなわち、ＥＣＵ１０は、ＥＧＲ弁５４の開度を制御する、それにより、吸気ガスに還流する外部ＥＧＲガスの量が調節される。その結果、燃焼室１７の中は、目標ＳＩ率および目標θｃｉが得られる温度になる。

エンジン１の運転領域のうち、アイドル運転など、燃焼が弱く、燃焼室１７の中の温度が低い低負荷側の領域では、外部ＥＧＲガスを多く導入すると、目標ＳＩ率および目標θｃｉが得られないおそれがある。従って、その場合は、外部ＥＧＲガスの導入量を少なくする（場合によっては、導入しない）。

また、エンジン１の運転領域のうち、全開負荷など、要求されるトルクが大きい領域では、多量の空気が必要になる。従って、その分、外部ＥＧＲガスの導入量が少なくされる（場合によっては、導入しない）。

エンジン１では、このような限られた領域を除く、運転領域の広い範囲で外部ＥＧＲガスが導入される。自動車の走行では、低負荷領域Ａ１、中負荷領域Ａ２、およびその周辺の領域が多用される。そのような運転領域では、比較的多くの外部ＥＧＲガスが導入される。

＜ノッキングの抑制制御＞
ＥＣＵ１０はまた、制御ロジックに従って、燃焼騒音（ノッキング）を抑制する制御を行う。すなわち、ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせた燃焼形態であるため、ＳＩ燃焼に起因したノッキング（ＳＩノックとする）、および、ＣＩ燃焼に起因したノッキング（ＣＩノックとする）のそれぞれが発生する可能性がある。ＥＣＵ１０は、制御により、これらノッキングを抑制する。

ＳＩノックは、混合気がＳＩ燃焼した領域の外側の領域において、未燃ガスが異常な局所自着火（正常なＣＩ燃焼とは明確に異なる局所的な自着火）により、急速燃焼する現象である。ＣＩノックは、ＣＩ燃焼による圧力変動に起因して、シリンダブロック１２などのエンジン１の主要部品が共振する現象である。

ＳＩノックは、燃焼室１７の中で生じる気柱振動により、約６．３ｋＨｚの周波数をもった大きな騒音として出現する。一方、ＣＩノックは、共振により、約１〜４ｋＨｚの周波数（より厳密には当該範囲に含まれる複数の周波数）をもった大きな騒音として出現する。このように、ＳＩノックとＣＩノックとは、異なる原因に起因した異なる周波数の騒音として出現する。

ＥＣＵ１０は、ＳＩノックおよびＣＩノックが共に発生しないよう、ＳＰＣＣＩ燃焼を制御する。具体的には、ＥＣＵ１０は、筒内圧センサＳＷ６の検出信号をフーリエ変換することによって、ＳＩノックに関連したＳＩノック指標値と、ＣＩノックに関連したＣＩノック指標値とを算出する。

ＳＩノック指標値は、ＳＩノックの発生に伴って増大する６．３ｋＨｚ付近の筒内圧力スペクトルである。ＣＩノック指標値は、ＣＩノックの発生に伴って増大する１〜４ｋＨｚ付近の筒内圧力スペクトルである。

ＥＣＵ１０は、ＳＩノック指標値およびＣＩノック指標値のそれぞれが許容限界を超えないようなθｃｉ限界を、予め定めたマップに従って決定する。そして、ＥＣＵ１０は、エンジン１の運転状態から定めたθｃｉと、θｃｉ限界とを比較する。そうすることにより、ＥＣＵ１０は、θｃｉ限界がθｃｉと同じか進角側であれば、θｃｉを目標θｃｉに定める。一方、θｃｉ限界がθｃｉよりも遅角側であれば、ＥＣＵ１０は、θｃｉ限界を目標θｃｉに定める。

ＥＣＵ１０は、ＳＰＣＣＩ燃焼の制御に際し、このような制御も併せて行うことにより、ＳＩノックおよびＣＩノックを抑制する。

＜プリイグの抑制制御＞
ＥＣＵ１０はまた、制御ロジックに従って、点火する前に燃焼が始まる異常燃焼現象（プリイグ）を抑制する制御を行う。

ところで、燃焼時には、微量ではあるが、燃料やエンジンオイルが燃焼室１７を区画しているピストン３の上面に付着する。時間の経過により、その付着物が僅かずつ堆積することで「デポジット」が生成する。

このデポジットが、プリイグの一因であることが知られている。従って、このエンジン１では、ＥＣＵ１０が、デポジットの抑制制御を実行し、デポジットが抑制されるようコントロールする。

図６に、デポジットの抑制制御に関連する、ＥＣＵ１０とその主な関連装置の機能的な関係を示す。ＥＣＵ１０は、デポジット抑制部１００およびデポジット情報記憶部１０１を有している。デポジット抑制部１００は、燃焼室１７の中に堆積するデポジットを抑制する制御を実行する。デポジット情報記憶部１０１は、デポジットの抑制制御に用いられる情報を記憶する。デポジットの抑制制御に用いられる情報は、デポジット抑制部１００とデポジット情報記憶部１０１との間で入出力される。

詳細は後述するが、デポジット抑制部１００は、デポジット情報記憶部１０１と協働して、デポジットの堆積量を推定するデポジット量推定制御と、デポジットを除去するデポジット除去制御とを実行する。

デポジット量推定制御では、ピストン３の表面温度に基づいて、経時的に変化するデポジットの増量分を推定するデポジット増量推定処理と、ＳＩノック指標値に基づいて、経時的に変化するデポジットの減量分を推定するデポジット減量推定処理とが行われる。そして、これらデポジットの増量分および減量分に基づいて、デポジットの総堆積量が推定される。

デポジット除去制御では、燃焼時にノッキングを発生させ、その衝撃によって堆積したデポジットの除去を行う。ただし、このエンジン１では、ノッキングを発生させるために、デポジット抑制部１００は、混合気に点火して燃焼させる点火プラグ２５の制御とともに、燃焼室１７に導入される外部ＥＧＲガスの量を減少させるＥＧＲ弁５４の制御を行う。具体的には、ＥＧＲ率（燃焼室１７の中の混合気全量に対する外部ＥＧＲガスの量の割合）が小さくなるように補正する。

燃焼室１７に導入される外部ＥＧＲガスの量が減ると、その分だけ空気量が増える。上述したように、このエンジン１では、ノッキングの抑制制御を含め、最適な燃焼が行えるように、ＳＩ率などのパラメータがコントロールされている。そのような最適な燃焼を実現する条件に対して空気量を増やせば、ノッキングを発生させることができる。ＥＧＲ率の補正量を調節することで、安定してノッキングを発生させることができる。

ＥＧＲ率の調節であれば、エンジン１の広い運転領域で行える。負荷の低い運転領域でも、安定してノッキングを発生させることができる。

（ノッキングとデポジット除去効果との関係）
開示する技術の検討時に、ノッキングがデポジットに与える影響について、実験を行い、調査した。

実験では、ピストンにデポジットが堆積した２つのエンジンを用い、これらエンジンの各々で、強度が高低に異なる所定のノッキングを発生させながら３０分間、標準的な運転を行った。図７に、その実験結果を示す。

ノッキングの強度が低い条件（ＫＩ＝１）およびノッキングの強度が高い条件（ＫＩ＝３）のいずれにおいても、運転前に比べて運転後はデポジットの厚さが減少した（略半減した）。従って、ノッキングにより、デポジットが除去できることが確認された。

また、ノッキングの強度の高低の違いによるデポジットの除去効果の差は、ほとんど認められなかった。従って、ノッキングの強度の高低は、デポジット除去効果に対する影響は少なく、ノッキングの強度が低くても、デポジットを除去することができることが確認された。

これらの結果より、デポジット抑制部１００は、デポジット除去制御を実行する際、不快感を与え得る強いノッキングを発生するのではなく、弱いノッキングが発生するように制御する。このことはまた、負荷の低い運転領域でのノッキングによるデポジット除去に対して有利となる。

また、デポジット抑制部１００は、デポジットの減量分を推定するデポジット減量推定処理において、個々のノッキングに対応したデポジットの減少量を求めるが、その際、複雑なマップを用いる必要がない点でも有利となる。具体的には、デポジット情報記憶部１０１には、デポジットの除去が可能になるＳＩノック指標値と、そのノッキングによって減少するデポジット量とを関連付けしたテーブル（デポ除去テーブル）が記憶されている。

上述したように、このエンジン１では、運転領域の広い範囲において外部ＥＧＲガスが導入される。上述したデポジット除去制御では、ＥＧＲ率を補正するだけであるので、制限を受けずに広い運転領域で実行できる。

ただし、負荷の高い運転領域では、燃料や空気量が多くなるので、燃焼は激しくなり易い。そのため、通常の燃焼時にもノッキングは自然に発生する。特に、このエンジン１は、幾何学的圧縮比が高いし、負荷の高い運転領域では過給を行うので、強いノッキングが発生し易い。そのため、このエンジン１では、上述したように、ＥＣＵ１０がノッキングの抑制制御を行っている。

そこで、ＥＣＵ１０は、強いノッキングが発生しないように、エンジン１の運転領域のうち、所定以上の高負荷側では、デポジット除去制御の実行を制限する。具体的には、図８に示すように、デポジット情報記憶部１０１には、エンジン１の運転領域に対応したマップ（デポ制御領域マップ）が記憶されている。図８のマップに斜線で示す領域が、デポジット除去制御の実行が制限される実行制限領域に相当する。

実行制限領域の下限は、エンジン１の仕様に応じて適宜変更される。実行制限領域の下限は、個々の運転領域で可変させてもよいし、回転数の高低で可変させてもよい。デポジット抑制部１００は、デポジット除去制御を実行する際、このマップを参照する。そうして、デポジット抑制部１００は、エンジン１が実行制限領域で運転しているときは、デポジット除去制御を実行しない。エンジン１が実行制限領域で運転していないときに、デポジット除去制御を実行する。

（デポジットの堆積と温度との関係）
デポジットは、燃料やエンジンオイルの付着物で構成されている。一般に、温度が高いと、エンジンオイル由来の成分が多くなり、温度が低いと、燃料由来の成分が多くなる傾向がある。温度の違いによってデポジットの成分が異なることから、温度の高低による、デポジットの堆積への影響についても、実験を行い、調査した。

実験では、未使用のピストンを備えた２つのエンジンを用い、そのピストンの表面温度が所定の低温および高温となるように、これら２つのエンジンを運転した。そうして、ピストンの表面に生成したデポジットの厚みを経時的に計測した。図９に、その実験結果を示す。

ピストンの表面温度が低い条件（実線）と、ピストンの表面温度が高い条件（破線）とでは、デポジットの堆積変化に違いが認められた。ピストンの表面温度が低い条件では、ピストンの表面温度が高い条件よりも、デポジットの堆積速度が大きく、堆積し易い傾向が認められた。

そこで、ＥＣＵ１０は、デポジットの堆積量を推定するデポジット量推定制御に際して、温度の影響を考慮する。具体的には、図１０に示すように、デポジット情報記憶部１０１には、ピストン３の表面温度に対応した所定のマップ（デポ堆積マップ）が記憶されている。

図１０のマップにおいて、縦軸は要求トルクの高低を表しており、横軸はエンジン１の回転数の高低を表している。要求トルクおよび回転数の各々の高低に対応して予測されるピストン３の表面温度が、マップに示されている。マップは、予め実験等によって設定される。

このマップでは、上述した実験データに基づき、低温領域Ｒ１と高温領域Ｒ２とに区画されている。デポジット抑制部１００は、デポジットの増量分を推定するデポジット増量推定処理を行う際、このマップを参照する。そうして、デポジット抑制部１００は、エンジン１が低温領域Ｒ１で運転しているときは、その低温領域Ｒ１に対応した堆積速度を演算に用いる。エンジン１が高温領域Ｒ２で運転しているときには、その高温領域Ｒ２に対応した堆積速度を演算に用いる。

尚、図１０のマップの区画は例示である。３つ以上の領域に区画してもよい。各領域間で線形補間などを行ってもよい。

（デポジットの抑制制御の具体例）
図１１に、デポジットの抑制制御に関する制御ブロックの一例を示す。図１２Ａおよび図１２Ｂに、図１１の制御ブロックに対応した、デポジットの抑制制御のフローチャートの一例を示す。

図１２に示すように、自動車の運転が開始されると（ステップＳ１でＹｅｓ）、ＥＣＵ１０は、各種センサＳＷ１〜ＳＷ１７から入力される検出値、メモリ１０ｂ（デポジット情報記憶部１０１）に記憶されているデポジット堆積量および燃焼サイクルのカウント数を読み込む（ステップＳ２）。

イグニッションスイッチがオンにされると（ステップＳ３）、エンジン１は始動する。それにより、燃焼室１７では燃焼が始まるので、ＥＣＵ１０は、デポジットの抑制制御を開始する。すなわち、デポジットの堆積量を推定するデポジット量推定制御を実行する。

具体的には、ＥＣＵ１０（デポジット抑制部１００）は、燃焼サイクル毎に、ピストン３の表面温度の推定とともに、騒音指標（ＳＩノック指標値）を取得する処理を行う（ステップＳ４）。ピストン３の表面温度の推定は、各種センサＳＷ１〜ＳＷ１７から入力される検出から判断されるエンジン１の運転状態（要求トルク、回転数）に基づいて判断される。ＳＩノック指標値は、上述したように、筒内圧センサＳＷ６の検出値に基づいて算出される。

図１１に示すように、ＥＣＵ１０は、個々の燃焼サイクルにおけるピストン３の表面温度が推定されると、ピストン３の表面温度は急激には変化しないので、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）によってノイズ成分を除去し、その数値データを調整する。その後、その数値データを、メモリ１０ｂ（デポジット情報記憶部１０１）に記憶されているマップ（デポ堆積マップ）と照合することにより、その燃焼サイクルで堆積するデポジット量（増量分）を算出する。

例えば、推定されたピストン３の表面温度に対応するエンジン１の運転領域が高温領域Ｒ２であった場合には、その堆積速度を用いて、その燃焼サイクルでのデポジットの堆積量を算出する。尚、これら一連の処理は、デポジット増量処理に相当する。

ＥＣＵ１０はまた、燃焼サイクルの個々における、ＳＩノック指標値を取得すると、そのＳＩノック指標値を、メモリ１０ｂ（デポジット情報記憶部１０１）に記憶されているテーブル（デポ除去テーブル）と照合することにより、その燃焼サイクルでデポジットが除去されるか否か、および、除去される場合はデポジットの減少量（減量分）を算出する。尚、これら一連の処理は、デポジット減量処理に相当する。

そうして、ＥＣＵ１０は、算出したデポジットの増量分および減量分を加算することにより、その燃焼サイクルにおけるデポジットの堆積量の増減を算出する（ステップＳ５）。そうして得られる燃焼サイクル毎のデポジットの堆積量を積算することにより、ＥＣＵ１０は、デポジットの総堆積量を推定する（ステップＳ６）。

ＥＣＵ１０はまた、デポジット量推定制御と並行して、燃焼サイクルの回数をカウントする制御（堆積期間制御）も実行する（ステップＳ７）。ＥＣＵ１０は、読み込んだ燃焼サイクルのカウント数（後述するデポジット除去制御の終了後における燃焼サイクルの回数）に、その後に開始された燃焼での燃焼サイクルの回数を加算していく。

ＥＣＵ１０は、常時、デポジットの総堆積量と、所定の設定値Ｔ１（デポジット情報記憶部１０１に記憶されている）とを比較しており（ステップＳ８）、デポジットの総堆積量が所定の設定値Ｔ１以上であると判定した場合には、デポジット除去制御を開始する（ステップＳ９）。

ＥＣＵ１０はまた、常時、燃焼サイクルの回数と、所定の設定値Ｎ１（デポジット情報記憶部１０１に記憶されている）とを比較しており（ステップＳ１０）、燃焼サイクルの回数が所定の設定値Ｎ１以上であると判定した場合にも、デポジット除去制御を開始する。

デポジット量推定制御よりも堆積期間制御の方が、デポジット除去制御の開始を判定する期間が長くなるように、設定値Ｎ１が設定される。すなわち、堆積期間制御は、予備的なものであり、デポジットの除去を、より確実に実行するために設けられている。堆積期間制御は、デポジット量推定制御から独立しているので、デポジットの除去は、よりいっそう確実に実行される。

ＥＣＵ１０がデポジット除去制御を開始すると、ＥＣＵ１０は、まず、マップ（デポ制御領域マップ）を参照する。そして、各種センサＳＷ１〜ＳＷ１７から入力される電気信号に基づいて、現在運転しているエンジン１の運転領域が実行制限領域でないか否かを判定する。エンジン１の運転領域が実行制限領域であった場合には、実行制限領域から外れるまで、デポジット除去制御の実行を待機する。

そして、実行制限領域でない場合には、ＥＣＵ１０は、本来設定すべきＥＧＲ率を小さく補正し、ＥＧＲ弁５４を制御する。それにより、燃焼室１７に導入される外部ＥＧＲガスの量が減るので、燃焼室１７では、燃焼が行われる度にノッキングが発生する。その結果、燃焼サイクル毎に、ノッキングの衝撃で、デポジットが除去されていく。

ＥＣＵ１０は、デポジット除去制御の実行中も、上述したデポジット量推定制御を実行する。具体的には、ＥＣＵ１０は、デポジット増量処理およびデポジット減量処理を行い、デポジット除去制御の実行中に減少していく、デポジットの総堆積量を算出する（ステップＳ１１〜Ｓ１３）。

ＥＣＵ１０は、デポジット除去制御の実行中、デポジットの総堆積量と、所定の設定値Ｔ２（デポジット情報記憶部１０１に記憶されている）とを比較しており（ステップＳ１４）、デポジットの総堆積量が所定の設定値Ｔ２未満であると判定した場合には、デポジット除去制御を終了する（ステップＳ１５）。

ＥＣＵ１０はまた、デポジット除去制御の実行中も、上述した堆積期間制御を実行する。具体的には、ＥＣＵ１０は、デポジット除去制御を開始した後の燃焼サイクルの回数をカウントする（ステップＳ１６）。そして、燃焼サイクルの回数と、所定の設定値Ｎ２（デポジット情報記憶部１０１に記憶されている）とを比較しており（ステップＳ１７）、デポジット除去制御を開始した後の燃焼サイクルの回数が所定の設定値Ｔ２以上であると判定した場合にも、デポジット除去制御を終了する。

具体的には、ＥＣＵ１０は、本来設定すべきＥＧＲ率に戻るように（ＥＧＲ率を大きくする）、ＥＧＲ弁５４を制御する。それにより、外部ＥＧＲガスの導入量が適正な値に戻るので、ノッキングの発生は抑制され、本来の燃焼状態に復帰する。

ＥＣＵ１０は、イグニッションスイッチがオフにされるまで（ステップＳ１８）、このような一連の制御および処理を実行する。従って、エンジン１の運転に伴って経時的に燃焼室１７に堆積していくデポジットの量は、適正にコントロールされる。デポジット量が過剰になることがないので、プリイグを効果的に抑制できる。

イグニッションスイッチがオフされると（ステップＳ１８でＹｅｓ）、ＥＣＵ１０は、その時点におけるデポジットの総堆積量、デポジット除去制御の終了後における燃焼サイクルの回数をメモリ１０ｂ（デポジット情報記憶部１０１）に記憶する（ステップＳ１９）。

尚、設定値Ｔ１，Ｔ２，Ｎ１，Ｎ２は、仕様に応じて適宜、変更可能である。

（変形例）
図１１に、二点鎖線で示すように、デポジット除去制御において、更に、点火プラグ２５の点火時期を進角させる制御を行ってもよい。点火時期を進角させれば、ノッキングは発生し易くなる。従って、燃焼室１７に導入する外部ＥＧＲガスの量の減少と併せて点火時期を進角させれば、よりいっそうノッキングを発生させ易くなる。

なお、開示する技術は、上述した実施形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。例えば、上述した実施形態では、ＳＰＣＣＩ燃焼を行うエンジンを例示したが、それに限らない。ＥＧＲガスを導入しながら点火プラグで点火して燃焼を行うエンジンであれば、開示する技術は適用できる。

１ エンジン
１０ ＥＣＵ（制御装置本体）
１７ 燃焼室
２５ 点火プラグ
４０ 吸気通路
４４ 過給機
５０ 排気通路
５２ ＥＧＲ通路
５４ ＥＧＲ弁
６１ 燃料供給システム
１００ デポジット抑制部
１０１ デポジット情報記憶部

Claims (6)

1. 自動車に搭載されているエンジンの燃焼制御装置であって、
   前記エンジンの燃焼室の中で混合気に点火する点火プラグと、
   前記燃焼室に吸気ガスを導入する吸気通路と、
   前記燃焼室で発生する排気ガスを導出する排気通路と、
   前記吸気通路と前記排気通路とに連通し、排気ガスの一部を前記吸気通路に還流させるＥＧＲ通路と、
   前記ＥＧＲ通路を流れる排気ガスの量を調整するＥＧＲ弁と、
   前記エンジンの運転状態に応じて、前記点火プラグおよび前記ＥＧＲ弁を制御する制御装置本体と、
   を備え、
   前記制御装置本体は、前記燃焼室の中に堆積するデポジットを抑制するデポジット抑制部を有し、
   前記デポジット抑制部は、
   前記デポジットの堆積量を推定するデポジット量推定制御と、
   推定された前記デポジットの堆積量が所定の設定値以上になった場合に、前記デポジットを除去するデポジット除去制御と、
   を実行し、
   前記デポジット除去制御で、混合気に点火して燃焼させる前記点火プラグの制御とともに、前記燃焼室に導入される排気ガスの量を減少させる前記ＥＧＲ弁の制御が行われる、エンジンの燃焼制御装置。
2. 請求項１に記載の、エンジンの燃焼制御装置において、
   前記エンジンの運転領域のうち、所定以上の高負荷側では前記デポジット除去制御の実行が制限される、エンジンの燃焼制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の、エンジンの燃焼制御装置において、
   前記燃焼室の中の圧力を検出する筒内圧センサを更に備え、
   前記デポジット抑制部が、
   前記燃焼室に臨むピストンの表面温度に基づいて、経時的に変化する前記デポジットの増量分を推定するデポジット増量推定処理と、
   前記筒内圧センサの検出値から算出される所定の燃焼騒音指標値に基づいて、経時的に変化する前記デポジットの減量分を推定するデポジット減量推定処理と、
   を前記デポジット量推定制御で行うことにより、前記デポジットの増量分および減量分に基づいて、前記デポジットの堆積量を推定する、エンジンの燃焼制御装置。
4. 請求項３に記載の、エンジンの燃焼制御装置において、
   前記デポジット抑制部が、前記デポジット除去制御の実行中に、前記デポジット増量推定処理および前記デポジット減量推定処理を行い、前記デポジットの増量分および減量分に基づいて前記デポジットの堆積量を推定し、推定された前記デポジットの堆積量が所定の設定値以下になった場合に、前記デポジット除去制御を終了する、エンジンの燃焼制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の、エンジンの燃焼制御装置において、
   前記デポジット抑制部が更に、デポジット除去制御の実行後、所定の期間を経過したか否かを判別する堆積期間制御を実行し、
   前記所定の期間を経過した場合にも前記デポジット除去制御を実行する、エンジンの燃焼制御装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の、エンジンの燃焼制御装置において、
   前記デポジット除去制御で更に、前記点火プラグの点火時期を進角させる制御が行われる、エンジンの燃焼制御装置。

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