JP2020169623A - 圧縮着火式エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃費性の悪化やＮＯｘの増加を抑制しつつ気筒間のトルクのばらつきを抑制する。【解決手段】圧縮着火式エンジンの制御装置はＥＣＵ１００（燃焼制御部）を備える。ＥＣＵ１００は、燃焼形態の変曲時期（θｃｉ）が目標時期となるように点火プラグ１６の点火時期（θｉｇ）を制御するとともに、点火時期（θｉｇ）から質量割合５０％の燃料が燃焼する時期である燃焼重心時期θｍｆｂ５０までの期間（５０％燃焼期間θｔ）が各気筒２ａ〜２ｄで揃うように、予測燃焼重心時期θｍｆｂ５０と実際の燃焼重心時期θｍｆｂ５０との偏差に応じて、燃料噴射量の補正量に対する当該偏差の反映度合を決定し、当該反映度合に基づきインジェクタ１５による各気筒２ａ〜２ｄの燃料噴射量を補正する。【選択図】図３

Description

本発明は、混合気の少なくとも一部を自着火により燃焼させる圧縮着火燃焼が可能な圧縮着火式エンジンの制御装置に関する。

近年、空気と混合されたガソリン燃料を十分に圧縮された燃焼室内で自着火により燃焼させるＨＣＣＩ燃焼が注目されている。ＨＣＣＩ燃焼は、混合気が同時多発的に燃焼する形態であるため、通常のガソリンエンジンにおいて採用されるＳＩ燃焼（火花点火燃焼）に比べて、混合気の燃焼速度が速く、熱効率の面で非常に有利だと言われている。しかしながら、ＨＣＣＩ燃焼は、気温などの外部因子により混合気の燃焼開始時期（混合気が自着火する時期）が大きく変動するなどの問題があり、また、負荷が急変するような過渡運転時の制御が難しいという問題もあった。

そこで、混合気の全てを自着火により燃焼させるのではなく、混合気の一部については点火プラグを用いた火花点火により燃焼させることが提案されている。すなわち、火花点火をきっかけに混合気の一部を火炎伝播により強制的に燃焼（ＳＩ燃焼）させ、その他の混合気を自着火により燃焼（ＣＩ燃焼）させるのである。以下では、このような燃焼のことを部分圧縮着火燃焼という。

この種のエンジンでは、部分圧縮着火燃焼における着火性や燃費確保のために、空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比又はそれよりも大きくなる（λ≧１）ように吸気量が制御されるとともにシビアな点火時期制御が実行される。例えば特許文献１には、部分圧縮着火燃焼が行われるエンジンにおいて、運転状況に応じた主たる燃焼時期、例えば燃焼質量割合が５０％となる時期（燃焼室内に噴射された燃料の５０％が燃焼する時期）の最適時期を目標値として定め、主たる燃焼時期がこの目標値となるように点火時期を制御することにより、運転状態が変化しても圧縮自己着火燃焼を安定的に実現することができるとある。

特許第３８７３５８０号公報

ところで、多気筒エンジンでは、気筒間のトルクのばらつきを抑制するために、気筒毎に燃料噴射制御が行われる。通常は、各気筒の空燃比（Ａ／Ｆ）を揃えるように燃料噴射量が制御される（Ａ／Ｆ合わせ制御という）。しかし、当該Ａ／Ｆ合わせ制御では、気筒間トルクのばらつきの改善は見込めるものの、エンジンの運転状態によっては、燃費性の悪化やＮＯｘの増加を招来する場合がある。特に、部分圧縮着火燃焼を行うエンジンにおいて、空燃比が理論空燃比よりも大きくなる（λ＞１）運転域においてその傾向が見られる。

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、部分圧縮着火燃焼が可能なエンジンにおいて、燃費性の悪化やＮＯｘの増加を抑制しつつ気筒間のトルクのばらつきを抑制できる技術を提供することを目的とする。

上記の課題に鑑み、本願発明者らは、部分圧縮着火燃焼を行うエンジンにおいて、特に空燃比が理論空燃比よりも大きくなる運転域では、Ａ／Ｆ合わせ制御よりも、各気筒のガス空燃比（Ｇ／Ｆ）が揃うように燃料噴射量を制御する（Ｇ／Ｆ合わせ制御という）のが、燃費性の向上及びＮＯｘ低減の観点から有効と考えた。これは、λ＞１の運転域では、気筒毎の内部ＥＧＲ量のばらつきなどが燃焼性へ影響していると考えられるためであり、実際にＧ／Ｆ合わせ制御の試験を繰り返す中で良好な結果を得ることに成功した。ところが、センサ出力に基づき比較的正確に推定できる各気筒のＡ／Ｆとは違い、各気筒のＧ／Ｆを正確に把握することは困難であり、実際のエンジンにおいてＧ／Ｆ合わせ制御を行うことは容易ではないと考えた。そのため、この点が新たな課題となった。そこで、本願発明者らはさらに鋭意研究を重ねた結果、点火プラグによる点火時期（点火開始の時期）から燃焼重心の時期（１燃焼サイクル中に各気筒に供給された燃料のうち質量割合５０％の燃料が燃焼する時期）までの期間とＧ／Ｆとに相関関係があるとの知見を得た。すなわち、各気筒における、点火プラグによる点火開始から、１燃焼サイクル中に各気筒に供給された燃料のうち所定の質量割合の燃料が燃焼するまでの燃焼期間を揃えれば、各気筒のＧ／Ｆを実質的に揃えることに等しく、これによって、燃費性の悪化やＮＯｘの増加を抑制しつつ気筒間のトルクのばらつきを抑制することが可能になるとの知見を得た。本発明はこのような知見に基づくものであり、以下の構成を備えることを特徴とする。

すなわち、本発明の一局面に係る圧縮着火式エンジンの制御装置は、複数の気筒と、気筒に燃料を噴射するインジェクタと、前記気筒内で火花を発生する点火プラグとを備え、気筒内の燃料と空気の混合気の一部を火花点火によりＳＩ燃焼させた後に気筒内の残りの混合気を自着火によりＣＩ燃焼させる圧縮着火式エンジンの制御装置であって、予め定められた所定の燃焼時期が目標時期となるように前記点火プラグの点火時期を制御するとともに、点火プラグによる前記点火時期から所定の質量割合の燃料が燃焼する時期である所定質量燃焼時期までの期間が各気筒で揃うように、当該所定質量燃焼時期の予測値である予測燃焼時期と実際の燃焼時期である実燃焼時期との偏差に応じて、燃料噴射量の補正量に対する当該偏差の反映度合を決定し、当該反映度合に基づき前記インジェクタによる各気筒の燃料噴射量を補正する、燃焼制御部を備えているものである。

このような制御装置によれば、点火プラグによる点火時期から所定の質量割合の燃料が燃焼するまでの期間を各気筒で揃えること、すなわち、各気筒のＧ／Ｆを実質的に揃えることが可能となる。よって、上述したＧ／Ｆ合わせ制御を実行することが可能となり、部分圧縮着火燃焼を行うエンジンにおいて、燃費性の悪化やＮＯｘの増加を抑制しつつ気筒間のトルクのばらつきを抑制することが可能となる。特に、予測燃焼時期と実際の燃焼時期である実燃焼時期との偏差に応じた反映度合が決定され、この反映度合に基づき各気筒の燃料噴射量が補正されるため、各気筒の点火時期から所定質量燃焼時期までの期間を応答性よく揃えることが可能となる。

上記の制御装置においては、各気筒内の圧力を各々検出する複数の筒内圧センサを備え、前記燃焼制御部は、点火プラグによる点火時期から前記予測燃焼時期までの期間であって予め設定された燃焼モデルに基づき求められる予測燃焼期間と、前記筒内圧センサが検出する筒内圧力に基づき求められる、点火プラグによる点火時期から前記実燃焼時期までの期間である実燃焼期間との偏差に応じた前記反映度合を決定し、当該反映度合に基づき各気筒の燃料噴射量を補正するものであるのが好適である。

この構成によれば、点火時期から所定質量燃焼時期までの期間を、当該期間のフィードバック制御により応答性よく揃えることが可能となる。

この場合、前記反映度合は、例えば、前記予測燃焼期間と前記実燃焼期間との偏差が相対的に大きいほど燃料噴射量の補正量が多くなるように設定することができる。

この構成によれば、燃料噴射量に対する補正量が、前記予測燃焼期間と前記実燃焼期間との偏差の大きさに応じた合理的な値に設定される。そのため、点火時期から所定質量燃焼時期までの期間を応答性よく揃えることが可能となる。

上記の制御装置において、前記燃焼制御部は、気筒毎の前記予測燃焼期間と前記実燃焼期間との偏差である個別差の平均値を目標値として設定し、この目標値と前記個別差との偏差がゼロに向かうように各気筒の燃料噴射量を補正するものであるのが好適である。

この構成によれば、燃焼モデルに基づく予測燃焼期間に拘束されることなく各気筒の実燃焼期間を揃えることが可能となる。換言すれば、実燃焼期間そのものについての自由度は保ちながら、各気筒の実燃焼期間を揃えることが可能となる。

なお、気筒間のトルクのばらつきを抑制するためにＡ／Ｆ合わせ制御を行う場合には、上述した通り、空燃比が理論空燃比よりも大きくなる（λ＞１）運転域において燃費性の悪化やＮＯｘの増加の傾向が見られる場合がある。

従って、上記各態様の制御装置において、前記エンジンが、少なくとも一部の運転領域で、気筒内の空気と燃料との割合である空燃比が理論空燃比よりも高いリーン運転が実行されるものである場合、前記燃焼制御部は、前記一部の運転領域において、点火プラグによる点火時期から前記所定質量燃焼時期までの期間が各気筒で揃うように、前記予測燃焼時期と前記実燃焼時期との偏差に応じた前記反映度合を決定し、当該反映度合に基づき各気筒の燃料噴射量を補正するものであるのが好適である。

この構成によれば、λ＞１の運転域において、燃費性の悪化やＮＯｘの増加を効果的に抑制しつつ気筒間のトルクのばらつきを抑制することが可能となる。

また、上記各態様の制御装置において、前記燃焼制御部は、前記リーン運転時、点火プラグによる点火時期から前記所定質量燃焼時期までの期間の気筒間でのばらつきに影響を与える所定要素の大きさに応じて気筒毎に予め設定された燃料補正量に基づいて各気筒の燃料噴射量を補正するものであるのが好適である。

この構成によれば、気筒間における点火時期から所定質量燃焼時期までの期間のばらつき自体を、リーン運転時の早期段階から小さく抑えることが可能となる。

この場合、より具体的な構成として、例えば、前記エンジンが、前記複数の気筒から排出される排気ガスを案内する排気マニホールドを備え、当該排気マニホールドが、前記複数の気筒の配列方向における特定の気筒に最も近い位置に各気筒からの排気ガスが集合する集合部を備えるものである場合には、前記所定要素は内部ＥＧＲ率であり、前記複数の気筒のうち前記特定の気筒についての前記燃料補正量は、それ以外の気筒の前記燃料補正量に比して相対的に補正の割合が大きくなるように設定されている。

内部ＥＧＲが実行される場合、上記のような排気マニホールドを備えるエンジンでは、給排気行程のオーバラップ期間が同じでも、前記特定気筒のＥＧＲガス量が他の気筒に比べて多くなって燃焼速度が遅くなる傾向がある。つまり、前記特定気筒における点火プラグによる点火時期から所定の質量割合の燃料が燃焼するまでの期間が他の気筒の同期間よりも長くなる傾向がある。しかし、上記構成によれば、特定気筒の燃料補正量が他の気筒の燃料補正量に比して補正の割合が大きくなるように設定されるため、点火時期から所定質量燃焼時期までの期間の気筒間におけるばらつき自体を小さく抑えることが可能となる。

上記の各態様に係るエンジンの制御装置によれば、部分圧縮着火燃焼が可能なエンジンにおいて、燃費性の悪化やＮＯｘの増加を抑制しつつ気筒間のトルクのばらつきを抑制することが可能となる。

本発明の一実施形態にかかる圧縮着火式エンジンの全体構成を概略的に示すシステム図である。 エンジン本体と排気通路の一部を示すエンジンの要部平面図である。 エンジンの制御系統を示すブロック図である。 エンジンの運転領域を燃焼形態の制御の相違により区分けした運転マップである。 ＳＰＣＣＩ燃焼（部分圧縮着火燃焼）時の熱発生率の波形を示すグラフである。 ＳＰＣＣＩ燃焼による運転時におけるＥＣＵによる制御を示すフローチャートである。 図６のフローチャートのステップＳ１７の処理を示すフローチャート（サブルーチン）である。 燃料の目標噴射量を補正するための第１燃料補正データ（λ＞１）の一例を示す図であり、（ａ）は＃１番気筒、（ｂ）は＃２番気筒、（ｃ）は＃３番気筒、（ｄ）は＃４番気筒２ｄの各々補正データを示す。 燃料の目標噴射量を補正するための第２燃料補正データの一例を示す図である。 （ａ）は、フィードバック補正量の経時的な変化を、（ｂ）は、予測５０％燃焼期間と実５０％燃焼期間との偏差（個別差）の経時的な変化を示す図（グラフ）である。 Ｇ／Ｆ合わせ制御と、Ａ／Ｆ合わせ制御との燃焼性能の比較試験結果を示す図である。 Ｇ／Ｆ合わせ制御と、Ａ／Ｆ合わせ制御との燃焼性能の比較試験結果を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。

［１．エンジンの全体構成］
図１は、本発明の制御装置が適用された圧縮着火式エンジン（以下、単にエンジンという）の好ましい実施形態を示す図である。図１に示されるエンジンは、走行用の動力源として車両に搭載された４サイクルのガソリン直噴エンジンであり、エンジン本体１と、エンジン本体１に導入される吸気が流通する吸気通路３０と、エンジン本体１から排出される排気ガスが流通する排気通路４０と、排気通路４０を流通する排気ガスの一部を吸気通路３０に還流する外部ＥＧＲ装置５０と、を備えている。

エンジン本体１は、気筒２が内部に形成されたシリンダブロック３と、気筒２を上から閉塞するようにシリンダブロック３の上面に取り付けられたシリンダヘッド４と、気筒２に往復摺動可能に挿入されたピストン５とを有している。エンジン本体１は、４つの気筒２（＃１〜＃４番気筒２ａ〜２ｄ）を有する多気筒型のものであるが（図２参照）、図１では簡略化のため、１つの気筒２のみに着目して説明を進める。

ピストン５の上方には燃焼室６が区画されている。燃焼室６には、ガソリンを主成分とする燃料が、後述するインジェクタ１５からの噴射によって供給される。供給された燃料が燃焼室６で空気と混合されつつ燃焼し、その燃焼による膨張力で押し下げられたピストン５が上下方向に往復運動する。なお、燃焼室６に噴射される燃料は、主成分としてガソリンを含有していればよく、例えばガソリンに加えてバイオエタノール等の副成分を含んでいてもよい。

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

気筒２の幾何学的圧縮比、つまりピストン５が上死点にあるときの燃焼室６の容積とピストン５が下死点にあるときの燃焼室の容積との比は、後述するＳＰＣＣＩ燃焼（部分圧縮着火燃焼）に好適な値として、１３以上３０以下、好ましくは１４以上１８以下に設定される。より詳しくは、気筒２の幾何学的圧縮比は、オクタン価が９１程度のガソリン燃料を使用するレギュラー仕様の場合には１４以上１７以下に設定し、オクタン価が９６程度のガソリン燃料を使用するハイオク仕様の場合には１５以上１８以下に設定することが好ましい。

シリンダブロック３には、クランク軸７の回転角度（クランク角）およびクランク軸７の回転速度（エンジン回転速度）を検出するクランク角センサＳＮ１と、シリンダブロック３およびシリンダヘッド４の内部を流通する冷却水の温度（エンジン水温）を検出する水温センサＳＮ２とが設けられている。

シリンダヘッド４には、吸気通路３０から供給される空気を燃焼室６に導入するための吸気ポート９と、燃焼室６で生成された排気ガスを排気通路４０に導出するための排気ポート１０と、吸気ポート９の燃焼室６側の開口を開閉する吸気弁１１と、排気ポート１０の燃焼室６側の開口を開閉する排気弁１２とが設けられている。本実施形態のバルブ形式は、吸気２バルブ×排気２バルブの４バルブ形式である。すなわち、シリンダヘッド４には、２つの吸気ポート９と、これらの開口を各々開閉する２つの吸気弁１１と、２つの排気ポート１０と、これらの開口を各々開閉する２つの排気弁１２とが設けられている。

２つの吸気ポート９のうちの一つには、開閉可能なスワール弁１８が設けられている。スワール弁１８が閉方向に駆動されると、スワール弁１８が設けられていない吸気ポート９から燃焼室６に流入する吸気の割合が増大する。このため、気筒軸線（燃焼室６の中心軸）の回りを旋回する旋回流、つまりスワール流を強化することができる。逆に、スワール弁１８を開方向に駆動すればスワール流を弱めることができる。なお、当実施形態の吸気ポート９はタンブル流（縦渦）を形成可能なタンブルポートである。このため、スワール弁１８の閉時に形成されるスワール流は、タンブル流とミックスされた斜めスワール流となる。

吸気弁１１および排気弁１２は、シリンダヘッド４に配設された一対のカム軸等を含む動弁機構１３，１４により、クランク軸７の回転に連動して開閉駆動される。吸気弁１１用の動弁機構１３には、吸気弁１１の開閉時期を変更可能な吸気ＶＶＴ１３ａが内蔵されている。同様に、排気弁１２用の動弁機構１４には、排気弁１２の開閉時期を変更可能な排気ＶＶＴ１４ａが内蔵されている。吸気、排気ＶＶＴ１３ａ（排気ＶＶＴ１４ａ）は、いわゆる位相式の可変機構であり、吸気弁１１（排気弁１２）の開時期および閉時期を同時にかつ同量だけ変更する。これら吸気ＶＶＴ１３ａおよび排気ＶＶＴ１４ａの制御により、当実施形態では、吸気弁１１および排気弁１２の双方が排気上死点を跨いで開弁するバルブオーバーラップ期間を調整することが可能である。このバルブオーバーラップ期間の調整により、燃焼室６に残留する既燃ガス（内部ＥＧＲガス）の量を調整することが可能である。

シリンダヘッド４には、気筒２内の燃焼室６に燃料（主にガソリン）を噴射するインジェクタ１５と、インジェクタ１５から燃焼室６に噴射された燃料と燃焼室６に導入された空気とが混合された混合気に点火する点火プラグ１６とが設けられている。シリンダヘッド４には、さらに、燃焼室６の圧力（筒内圧力）を検出する筒内圧センサＳＮ３が設けられている。

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

吸気通路３０には、その上流側から順に、吸気中の異物を除去するエアクリーナ３１と、吸気の流量を調整する開閉可能なスロットル弁３２と、吸気を圧縮しつつ送り出す過給機３３と、過給機３３により圧縮された吸気を冷却するインタークーラ３５と、サージタンク３６とが設けられている。

吸気通路３０の各部には、吸気の流量を検出するエアフローセンサＳＮ４と、吸気の温度を検出する第１・第２吸気温センサＳＮ５，ＳＮ７と、吸気の圧力を検出する第１・第２吸気圧センサＳＮ６，ＳＮ８とが設けられている。エアフローセンサＳＮ４および第１吸気温センサＳＮ５は、吸気通路３０におけるエアクリーナ３１とスロットル弁３２との間の部位に設けられ、当該部位を通過する吸気の流量および温度を検出する。第１吸気圧センサＳＮ６は、吸気通路３０におけるスロットル弁３２と過給機３３との間（後述するＥＧＲ通路５１の接続口よりも下流側）の部位に設けられ、当該部位を通過する吸気の圧力を検出する。第２吸気温センサＳＮ７は、吸気通路３０における過給機３３とインタークーラ３５との間の部位に設けられ、当該部位を通過する吸気の温度を検出する。第２吸気圧センサＳＮ８は、サージタンク３６に設けられ、当該サージタンク３６内の吸気の圧力を検出する。

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

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

吸気通路３０には、過給機３３をバイパスするためのバイパス通路３８が設けられている。バイパス通路３８は、サージタンク３６と後述するＥＧＲ通路５１とを互いに接続している。バイパス通路３８には開閉可能なバイパス弁３９が設けられている。

排気通路４０は、排気ポート１０と連通するようにシリンダヘッド４の他側面に接続されている。燃焼室６で生成された既燃ガスは、排気ポート１０および排気通路４０を通じて外部に排出される。排気通路４０には触媒コンバータ４１が設けられている。触媒コンバータ４１には、排気通路４０を流通する排気ガス中に含まれる有害成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）を浄化するための三元触媒４１ａと、排気ガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集するためのＧＰＦ（ガソリン・パティキュレート・フィルタ）４１ｂとが内蔵されている。

排気通路４０における触媒コンバータ４１よりも上流側の部位には、排気ガス中に含まれる酸素の濃度を検出するリニアＯ_２センサＳＮ１０が設けられている。リニアＯ_２センサＳＮ１０は、酸素濃度の濃淡に応じて出力値がリニアに変化するタイプのセンサである。リニアＯ_２センサＳＮ１０の出力値に基づいて、混合気の空燃比を推定することが可能である。

外部ＥＧＲ装置５０は、排気通路４０と吸気通路３０とを接続するＥＧＲ通路５１と、ＥＧＲ通路５１に設けられたＥＧＲクーラ５２およびＥＧＲ弁５３とを有している。ＥＧＲ通路５１は、排気通路４０における触媒コンバータ４１よりも下流側の部位と、吸気通路３０におけるスロットル弁３２と過給機３３との間の部位とを互いに接続している。ＥＧＲクーラ５２は、ＥＧＲ通路５１を通して排気通路４０から吸気通路３０に還流される排気ガス（外部ＥＧＲガス）を熱交換により冷却する。ＥＧＲ弁５３は、ＥＧＲクーラ５２よりも下流側（吸気通路３０に近い側）のＥＧＲ通路５１に開閉可能に設けられ、ＥＧＲ通路５１を流通する排気ガスの流量を調整する。ＥＧＲ通路５１には、ＥＧＲ弁５３の上流側の圧力と下流側の圧力との差を検出するための差圧センサＳＮ９が設けられている。

図２は、エンジン本体１と排気通路４０の一部を示すエンジンの要部平面図である。同図に示すように、エンジン本体１には前記４つの気筒２（＃１〜＃４番気筒２ａ〜２ｄ）が一列に配列されている。エンジン本体１の排気側には、排気通路４０の一部を構成する排気マニホールド４２が接続されている。

排気マニホールド４２は、排気ポート１０と連通するようにシリンダヘッド４の側面に接続されている。排気マニホールド４２は、＃１番気筒２ａの排気ポート１０に連通する第１排気管部４３ａと、＃２番気筒２ｂの排気ポート１０に連通する第２排気管部４３ｂと、＃３番気筒２ｃの排気ポート１０に連通する第３排気管部４３ｃと、＃４番気筒２ｄの排気ポート１０に連通する第４排気管部４３ｄと、これら第１〜第４排気管部４３ａ〜４３ｄの端部（下流側の端部）が集合する集合部４４とを備えており、この集合部４４に前記触媒コンバータ４１が接続されている。つまり、各気筒２ａ〜２ｄの燃焼室６で生成された既燃ガスは、排気マニホールド４２の各排気管部４３ａ〜４３ｄを通じて集合部４４に集まり、当該集合部４４を通じて触媒コンバータ４１に導入される。なお、排気マニホールド４２の前記集合部４４は、＃１番〜＃４番気筒２ａ〜２ｄの並び方向において＃１番気筒２ａに最も近い位置に設けられている。換言すると、排気ポート１０から集合部４４までの各排気管部４３ａ〜４３ｂの長さは、＃１番気筒２ａに対応する第１排気管部４３ａの長さが最も短い。すなわち、当実施形態では、＃１番気筒２ａが本発明の「特定の気筒」に相当する。

［２．制御系統］
図３は、エンジンの制御系統を示すブロック図である。本図に示されるＥＣＵ１００（コントローラ）は、エンジンを統括的に制御するためのマイクロプロセッサであり、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されている。

ＥＣＵ１００には各種センサによる検出信号が入力される。例えばＥＣＵ１００は、上述したクランク角センサＳＮ１、水温センサＳＮ２、筒内圧センサＳＮ３、エアフローセンサＳＮ４、第１・第２吸気温センサＳＮ５，ＳＮ７、第１・第２吸気圧センサＳＮ６，ＳＮ８、差圧センサＳＮ９、およびリニアＯ_２センサＳＮ１０と電気的に接続されており、これらのセンサによって検出された情報（つまりクランク角、エンジン回転速度、エンジン水温、筒内圧力、吸気流量、吸気温、吸気圧、ＥＧＲ弁５３の前後差圧、排気ガスの酸素濃度等）がＥＣＵ１００に逐次入力される。

また、車両には、当該車両を運転するドライバーにより操作されるアクセルペダルの開度を検出するアクセルセンサＳＮ１１が設けられており、このアクセルセンサＳＮ１１による検出信号も、ＥＣＵ１００に入力される。

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

なお、上記のようなＥＣＵは、本発明の「燃焼制御部」に相当する。

［３．運転状態に応じた制御］
図４は、エンジンの温間時に使用される運転マップであり、エンジンの運転領域を燃焼形態の制御の相違により区分けした図である。以下の説明において、エンジンの負荷が高い（低い）とは、エンジンの要求トルクが高い（低い）ことと等価である。

図４に示すように、エンジンが温間状態にあるとき、エンジンの運転領域は、燃焼形態の相違によって３つの運転領域Ａ１〜Ａ３に大別される。これら運転領域Ａ１〜Ａ３を、それぞれ第１運転領域Ａ１、第２運転領域Ａ２、第３運転領域Ａ３と呼ぶ。

第３運転領域Ａ３は、回転速度が高い高速領域である。第１運転領域Ａ１は、第３運転領域Ａ３よりも低速側の領域から高負荷側の一部を除いた低・中速／低負荷の領域である。第２運転領域Ａ２は、第１、第３運転領域Ａ１，Ａ３以外の残余の領域、つまり低・中速／高負荷の領域である。以下、各運転領域で選択される燃焼形態等について順に説明する。

（第１、第２運転領域）
低・中速／低負荷の第１運転領域Ａ１および低・中速／高負荷の第２運転領域Ａ２では、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせた部分圧縮着火燃焼（以下、これをＳＰＣＣＩ燃焼という）が実行される。ＳＩ燃焼とは、点火プラグ１６から発生する火花により混合気に点火し、その点火点から周囲へと燃焼領域を拡げていく火炎伝播により混合気を強制的に燃焼させる燃焼形態のことである。ＣＩ燃焼とは、ピストン５の圧縮等により十分に高温・高圧化された環境下で混合気を自着火により燃焼させる燃焼形態のことである。これらＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせたＳＰＣＣＩ燃焼とは、混合気が自着火する寸前の環境下で行われる火花点火により燃焼室６内の混合気の一部をＳＩ燃焼させ、このＳＩ燃焼の後に（ＳＩ燃焼に伴うさらなる高温・高圧化により）燃焼室６内の他の混合気を自着火によりＣＩ燃焼させる燃焼形態である。なお、「ＳＰＣＣＩ」は「Spark Controlled Compression Ignition」の略である。

図５は、上記のようなＳＰＣＣＩ燃焼が行われた場合の燃焼波形、つまりクランク角による熱発生率（Ｊ／ｄｅｇ）の変化を示したグラフである。同図に示すように、ＳＰＣＣＩ燃焼では、ＳＩ燃焼による熱発生とＣＩ燃焼による熱発生とがこの順に連続して発生する。このとき、ＣＩ燃焼の燃焼速度の方が速いという性質上、ＳＩ燃焼時よりもＣＩ燃焼時の方が熱発生の立ち上がりが急峻になる。このため、ＳＰＣＣＩ燃焼における熱発生率の波形は、ＳＩ燃焼からＣＩ燃焼に切り替わるタイミング（後述するθｃｉ）で現れる変曲点Ｘを有している。

ここで、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせたＳＰＣＣＩ燃焼では、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼との比率が運転条件に応じてコントロールされる。当実施形態では、ＳＰＣＣＩ燃焼（ＳＩ燃焼およびＣＩ燃焼）による全熱発生量に対するＳＩ燃焼による熱発生量の割合であるＳＩ率が適正な値になるようにエンジンの各部が制御される。

ＳＩ率は、次の通り定義することができる。図５において、燃焼形態がＳＩ燃焼からＣＩ燃焼に切り替わる変曲点Ｘに対応するクランク角θｃｉをＣＩ燃焼の開始時期とする。この場合、ＳＩ燃焼による熱発生量は、当該θｃｉ（ＣＩ燃焼の開始時期）よりも進角側の熱発生率の波形の面積Ｒ１に相当し、ＣＩ燃焼による熱発生量は、当該θｃｉよりも遅角側に位置する熱発生率の波形の面積Ｒ２に相当するとみなすことができる。そして、上記ＳＩ率は、これら各面積Ｒ１，Ｒ２を用いて、Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）と定義することができる。

ＳＰＣＣＩ燃焼が行われる第１、第２運転領域Ａ１、Ａ２では、上述したＳＩ率およびθｃｉが予め定められた目標値（クランク角）に一致するように、エンジンの各部が制御される。すなわち、第１、第２運転領域Ａ１、Ａ２では、エンジン負荷・回転数が異なる種々の条件ごとに、ＳＩ率の目標値である目標ＳＩ率とθｃｉの目標値である目標θｃｉとがそれぞれ定められている。そして、点火プラグ１６による火花点火の時期（点火時期、インジェクタ１５からの燃料の噴射量／噴射時期、およびＥＧＲ率（外部ＥＧＲ率および内部ＥＧＲ率）といった複数の制御量が、上記目標ＳＩ率および目標θｃｉを実現可能な組合せとなるように制御される。なお、外部ＥＧＲ率とは、燃焼室６内の全ガスのうち外部ＥＧＲガス（ＥＧＲ通路５１を通じて燃焼室６に還流される排気ガス）が占める重量割合のことであり、内部ＥＧＲ率とは、燃焼室６内の全ガスのうち内部ＥＧＲガス（内部ＥＧＲにより燃焼室６に残留する既燃ガス）が占める重量割合のことである。

例えば、点火時期および燃料の噴射量／噴射時期は、上記目標ＳＩ率および目標θｃｉを考慮して予め定められたマップにより決定される。すなわち、マップには、エンジン負荷・回転数の条件ごとに、上記目標ＳＩ率および目標θｃｉを実現するのに適した点火時期および燃料の噴射量／噴射時期がそれぞれ記憶されている。ＥＣＵ１００は、このマップに記憶された点火時期および燃料の噴射量／噴射時期に従って、インジェクタ１５および点火プラグ１６を制御する。

一方、外部ＥＧＲ率および内部ＥＧＲ率は、所定のモデル式を用いた演算により決定される。すなわち、ＥＣＵ１００は、燃焼サイクルごとに、上記目標ＳＩ率および目標θｃｉを実現するために火花点火の時点で必要とされる筒内温度（目標筒内温度）を所定のモデル式を用いて算出するとともに、この算出した目標筒内温度に基づいて、ＥＧＲ弁５３の開度および吸・排気弁１１，１２のバルブタイミングを決定する。より具体的に、ＥＣＵ１００は、第１、第２吸気温センサＳＮ５、ＳＮ７により検出される吸入空気（新気）の温度と、燃焼室６の圧縮が実質的に開始される時点である吸気弁１１の閉弁時期（ＩＶＣ）とを含む各種パラメータを、当該パラメータを入力要素とする上記モデル式に代入することにより、上記目標筒内温度を実現するのに必要な外部ＥＧＲ率および内部ＥＧＲ率を算出する。そして、算出された外部ＥＧＲ率を実現するのに必要なＥＧＲ弁５３の開度を目標開度として算出し、この目標開度が実現されるようにＥＧＲ弁５３を制御する。

なお、第１、第２運転領域Ａ１、Ａ２では、上記のような点火時期および噴射量／噴射時期の制御と併せて、スロットル弁３２が次のように制御される。すなわち、第１運転領域Ａ１では、基本的に、理論空燃比相当の空気量よりも多くの空気が吸気通路３０を通じて燃焼室６に導入されるように、つまり、燃焼室６内の空気（新気）と燃料との重量比である空燃比（Ａ／Ｆ）が、理論空燃比（１４．７）よりも大きくなるように（空気過剰率λ＞１となる）、スロットル弁３２の開度が設定される。一方、第２運転領域Ａ２では、理論空燃比相当の空気量が燃焼室６に導入されるような開度、つまり、空燃比が理論空燃比に略一致するように（λ≒１となる）、スロットル弁３２の開度が設定される。

（第３運転領域）
第１、第２運転領域Ａ１、Ａ２よりも回転数が高い第３運転領域Ａ３では、通常のＳＩ燃焼が実行される。例えば、少なくとも吸気行程の一部と重複する所定期間にわたりインジェクタ１５から燃料が噴射されるとともに、圧縮行程後期に点火プラグ１６による火花点火が実行される。そして、この火花点火をきっかけにＳＩ燃焼が開始され、燃焼室６内の混合気の全てが火炎伝播により燃焼する。

この第３運転領域Ａ３では、スロットル弁３２は、理論空燃比相当の空気量又はこれよりも少ない空気量が燃焼室６に導入されるような開度、つまり燃焼室６内の空燃比が、理論空燃比若しくはこれよりもややリッチな値（λ≦１）となるような開度に設定される。

なお、第１〜第３の運転領域Ａ１〜Ａ３では、図５に示される過給ラインＴの内側領域で過給機３３がＯＦＦ状態とされ、過給ラインＴの外側領域で過給機３３がＯＮ状態とされる。過給機３３がＯＦＦ状態とされる過給ラインＴの内側領域、つまり第１運転領域Ａ１の低速側では、電磁クラッチ３４が解放されて過給機３３とエンジン本体１との連結が解除されるとともに、バイパス弁３９が全開とされることにより、過給機３３による過給が停止される。一方、過給機３３がＯＮ状態とされる過給ラインＴの外側領域、つまり第１運転領域Ａ１の高速側では、電磁クラッチ３４が締結されて過給機３３とエンジン本体１とが連結されることにより、過給機３３による過給が行われる。このとき、第２吸気圧センサＳＮ８により検出されるサージタンク３６内の圧力（過給圧）が、エンジンの運転条件（回転速度や負荷等の条件）ごとに予め定められた目標圧力に一致するように、バイパス弁３９の開度が制御される。

［４．燃焼重心に基づいたＳＰＣＣＩ燃焼時の制御］
上記エンジンでは、気筒間のトルクのばらつきを抑制するために、エンジンの運転状態（回転速度／負荷）に応じて各気筒２ａ〜２ｄの燃焼制御を行う必要がある。この場合、各気筒２ａ〜２ｄの燃焼の条件が同じであれば、エンジンの各気筒２ａ〜２ｄの空燃比（Ａ／Ｆ）が揃うように燃料の噴射量／噴射時期等を制御する（Ａ／Ｆ合わせ制御）ことが考えられる。しかし、実際には各気筒２ａ〜２ｄの燃焼条件は必ずしも同一ではなく、Ａ／Ｆ合わせ制御では、エンジンの運転状態によっては、燃費性の悪化やＮＯｘの増加を招くおそれがある。特に、空燃比が理論空燃比よりも大きくなる（λ＞１）前記第１運転領域Ａ１においてその傾向が認められる。その要因の一つとして内部ＥＧＲ率（内部ＥＧＲの量）のばらつき等の影響が考えられる。例えば上記エンジンの場合、各気筒２ａ〜２ｄの内部ＥＧＲ率は、上記の通り所定のモデル式を用いた演算により一律に決定され、決定された内部ＥＧＲ率を実現するように各気筒２ａ〜２ｄにおける吸気弁１１および排気弁１２のバルブオーバーラップ期間が制御される。しかし、モデル式に基づく内部ＥＧＲ率と実際の内部ＥＧＲ率とにはずれがあり、そのずれの程度は気筒２ａ〜２ｄ間でもばらつきがある。具体的に、当実施形態では、＃１番気筒２ａのＥＧＲ率が他の各気筒２ｂ〜２ｄのＥＧＲ率に比べて多くなる傾向がある。これは、図２に示したように、排気マニホールド４２の＃１番気筒２ａが集合部４４に最も近く、内部ＥＧＲが実行される際（前記バルブオーバーラップ期間中）に既燃ガスが＃１番気筒２ａに引き戻され易いことに起因するものと推測される。

そこで、本願発明者らは、各気筒２ａ〜２ｄのガス空燃比（Ｇ／Ｆ；空気及び既燃ガスを含むガスの質量と燃料の質量との割合）が揃うように燃料噴射量を制御する、Ｇ／Ｆ合わせ制御に着目した。そして、前記第１運転領域Ａ１においては、このようなＧ／Ｆ合わせ制御を行うことにより、上述したような燃費性の悪化やＮＯｘの増加を抑制しながら気筒間のトルクのばらつきを抑制し得ることを試験的に確認した。

ところが、センサ出力により比較的正確に推定できる各気筒のＡ／Ｆとは違い、各気筒のＧ／Ｆをセンサ出力により正確に把握することは困難である。本願発明者らは、この点に関して鋭意研究を重ねた結果、図５に示すように、点火プラグ１６による点火開始時期（点火時期θｉｇ）から燃焼重心時期（θｍｆｂ５０：１燃焼サイクル中に気筒に供給された燃料のうち質量割合５０％の燃料が燃焼する時期）までの期間θｔ（５０％燃焼期間θｔと称す）とＧ／Ｆとの間に相関関係があるとの知見を試験的に得た。つまり、各気筒２ａ〜２ｄにおける、５０％燃焼期間θｔを揃えれば、各気筒のＧ／Ｆを実質的に揃えることができ、これにより、燃費性の悪化やＮＯｘの増加を抑制しつつ気筒間のトルクのばらつきを抑制することが可能となるのである。以下に説明するＳＰＣＣＩ燃焼時の制御は、本発明者による上述した知見に基づくものである。

なお、図５では、便宜上、ＳＩ燃焼からＣＩ燃焼に切り替わる変曲点Ｘに対応するθｃｉ（ＣＩ燃焼の開始時期）と燃焼重心時期θｍｆｂ５０とが異なる時期（クランク角）に示されているが、θｃｉとθｍｆｂ５０との時期はほぼ同じ時期と言える。当例では、この燃焼重心時期θｍｆｂ５０が本発明の「所定質量燃焼時期」に相当する。

図６は、ＳＰＣＣＩ燃焼による運転時、すなわち図４の運転マップにおける第１、第２の運転領域Ａ１、Ａ２におけるＥＣＵ１００による制御を示すフローチャートであり、図７は、図６のフローチャートのステップＳ１７の処理（サブルーチン）を示すフローチャートである。

このフローチャートに示す制御がスタートすると、ＥＣＵ１００は、各種センサからの情報を読み込み（ステップＳ１）、クランク角センサＳＮ１により検出されるエンジン回転速度と、アクセルセンサＮ１１の検出値（アクセル開度）やエアフローセンサＳＮ４の検出値（吸気流量）等から特定されるエンジン負荷とに基づいて、θｃｉの目標値である目標θｃｉを決定するとともに（ステップＳ３）、この目標θｃｉを実現するのに適した目標点火時期および目標燃料噴射量／目標噴射時期をそれぞれ決定する（ステップＳ５）。目標θｃｉの決定、および、目標燃料噴射量／目標噴射時期、目標点火時期の決定は、予め定められたマップ等に基づき行われる。

次に、ＥＣＵ１００は、エンジン回転速度とエンジン負荷とに基づき、現運転ポイントが第１運転領域Ａ１にあるか、すなわち、空燃比が理論空燃比よりも大きいリーンな状態でＳＰＣＣＩ燃焼が実行される運転領域にあるかを判定する（ステップＳ７）。ここで、Ｙｅｓと判定した場合には、ＥＣＵ１００は、予め記憶されているλ＞１用の第１燃料補正データに基づいて、ステップＳ５で決定した目標燃料噴射量を補正する（ステップＳ９）。

λ＞１用の第１燃料補正データは、モデル式に基づいて求められる各気筒２ａ〜２ｄの内部ＥＧＲ率と、実際の内部ＥＧＲ率とのずれの傾向、及び気筒間の実際の内部ＥＧＲ率のばらつきの傾向に基づき、当該ずれやばらつきが是正されるように燃料補正量を定めたデータである。具体的には、モデル式に基づく内部ＥＧＲ率（理論値）と燃料補正量との関係が定められている。なお、この第１燃料補正データは、第１運転領域Ａ１用のデータ、すなわち上記λ＞１用のデータの他、第２運転領域Ａ２用のデータ、すなわちλ＝１用のデータが設定されており、後述するステップＳ２１では、λ＝１用の第１燃料補正データに基づき各々目標燃料噴射量が補正される。

図８は、λ＞１用の第１燃料補正データの一例を示しており、（ａ）は、＃１番気筒２ａ、（ｂ）は＃２番気筒２ｂ、（ｃ）は＃３番気筒２ｃ、（ｄ）は＃４番気筒２ｄのデータを各々示している。図８に示す例では、＃２番〜＃４番の各気筒２ｂ〜２ｄのデータはほぼ近似しており、いずれも目標燃料噴射量を維持又は微減させる程度に燃料補正量が設定されており、内部ＥＧＲ率が相対的に多くなるほどマイナス（−）の燃料補正量が相対的に多くなるように、内部ＥＧＲ率と燃料補正量との関係が設定されている。これに対して、＃１番気筒２ａのデータは目標燃料噴射量を増やすように燃料補正量が設定されており、内部ＥＧＲ率が相対的に多くなるほどプラス（＋）の燃料補正量が相対的に多くなるように、内部ＥＧＲ率と燃料補正量との関係が設定されている。そして、＃１番気筒２ａ〜＃４番気筒２ｄのうち、＃１番気筒２ａについては、他の気筒２ｂ〜２ｄに比して相対的に補正の割合が大きくなるようにその燃料補正量が設定されている。これは、実際のＥＧＲ率（量）が排気マニホールド４２の構造的影響を受けることにより、＃１番気筒２ａの実際のＥＧＲ率がモデル式によるＥＧＲ率よりも多くなる傾向があるのに対して、他の気筒２ｂ〜２ｄの実際のＥＧＲ率はモデル式によるＥＧＲ率よりも若干少なくなる傾向があるためである。

ステップＳ９において具体的には、ＥＣＵ１００は、モデル式を用いて各気筒２ａ〜２ｄの内部ＥＧＲ率を演算し、この演算結果と第１燃料補正データ（図８）とに基づき各気筒２ａ〜２ｄの燃料補正量を決定し、当該燃料補正量に基づき各気筒２ａ〜２ｄの目標燃料噴射量を補正する。

次いで、ＥＣＵ１００は、ステップＳ９における補正後の目標燃料噴射量を、さらに前回の燃焼サイクルで求められたフィードバック補正量に基づき補正する（ステップＳ１１）。これにより、最終的な目標燃料噴射量を決定する（ステップＳ１１）。

最終的な目標燃料噴射量を決定すると、ＥＣＵ１００は、当該目標燃料噴射量と現在の運転状態（回転速度／負荷）に基づき、予め設定された燃焼モデルから燃焼重心時期θｍｆｂ５０を特定し、当該燃焼モデルにおける点火時期θｉｇから燃焼重心時期θｍｆｂ５０までの期間である予測５０％燃焼期間θｔ０（本発明の「予測燃焼期間」に相当する）を気筒２ａ〜２ｄ毎に演算する（ステップＳ１３）。なお、燃焼モデルとは、所定条件下での運転状態毎の理想的な燃焼形態を予め定めたモデルである。

次いで、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１５に移行して、ステップＳ１１で決定した最終的な目標燃料噴射量の燃料を、ステップＳ５で決定された目標噴射時期にインジェクタ１５により噴射させるとともに、ステップＳ５で決定された点火時期にて点火プラグ１６に点火を行わせて、この点火をきっかけに混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させる。

次いで、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１７に移行し、気筒間の５０％燃焼期間θｔを揃える（すなわち、ばらつきを無くす）ためのフィードバック補正量を演算する（ステップＳ１７）。

図７は、ステップＳ１７の処理の詳細を示すフローチャート（サブルーチン）である。このフローチャートに示す制御がスタートすると、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１５でのＳＰＣＣＩ燃焼における燃焼重心時期θｍｆｂ５０（本発明の「実燃焼時期」に相当する）を求め、点火時期θｉｇからこの燃焼重心時期θｍｆｂ５０までの実際の期間である実５０％燃焼期間θｔ１（本発明の「実燃焼期間」に相当する）を演算する（ステップＳ３１）。

具体的には、ＥＣＵ１００は、ＳＰＣＣＩ燃焼の燃焼期間（燃焼開始から終了までの期間）と重複する所定期間内に筒内圧センサＳＮ３により検出された筒内圧力の波形に基づき、燃焼に伴う熱発生量をクランク角毎に算出するとともに、クランク角毎の熱発生量データに基づいて、燃料の５０％質量分が燃焼した燃焼重心時期θｍｆｂ５０を演算し、実際の点火時期θｉｇ（ステップＳ５で決定した目標点火時期）からこの燃焼重心時期θｍｆｂ５０までの期間、すなわち実５０％燃焼期間θｔ１を演算する。

次いで、ＥＣＵ１００は、図６のステップＳ１３で求めた予測５０％燃焼期間θｔ０と、ステップＳ３１で算出した実５０％燃焼期間θｔ１との偏差を気筒２ａ〜２ｄ毎に演算し（ステップＳ３３）、さらに、各気筒２ａ〜２ｄの当該偏差（個別差Δθと称す）の平均値を演算し、この平均値を目標値θｔｖとして設定する（ステップＳ３５）。

次いで、ＥＣＵ１００は、目標値θｔｖと各気筒２ａ〜２ｄの個別差Δθとの偏差を各々演算し（ステップＳ３７）、その結果と、予め定められている第２燃料補正データとに基づき、目標燃料噴射量に対する個別差Δθの反映度合を決定する（ステップＳ３９）。反映度合とは、目標燃料噴射量の補正の要否及び補正する場合にはどの程度補正するのかを示すパラメータであり、補正係数などは反映度合の一例である。従って、反映度合は、補正度合と称することもできる。

図９は、第２燃料補正データの一例を示している。第２燃料補正データは、同図に示すように、目標値θｔｖと個別差Δθとの偏差（ステップＳ３７での算出値）と前記反映度合との関係を定めたものである。当実施形態では、概略的には、目標値θｔｖと個別差Δθとの偏差が相対的に大きくなるほど反映度合が相対的に大きくなるように上記関係が設定されている。但し、目標値θｔｖと個別差Δθとの偏差が特定の値を超えると、反映度合は一定値（最大値）に維持される。

気筒毎の前記反映度合が決定すると、ＥＣＵ１００は、この反映度合に基づき、気筒毎の目標燃料噴射量に対する具体的な燃料補正量（フィードバック補正量）を演算する（ステップＳ４１）。このフィードバック補正量は、例えば予め定められているモデル式に、ステップＳ３９で求めた前記反映度合を示す数値を代入することにより算出される。

各気筒２ａ〜２ｄのフィードバック補正量が算出されると、ＥＣＵ１００は、図７のフローチャートを終了し、図６のステップＳ１９に処理を移行する。ステップＳ１９では、ＥＣＵ１００は、図７のステップＳ４１で算出したフィードバック補正量を更新的に記憶し（ステップＳ１９）、その後、ステップＳ１にリターンする。

なお、図６のフローチャートのステップＳ７において、現運転ポイントが第１運転領域Ａ１でないと判定した場合（ステップＳ７でＮｏ）、すなわち、第２運転領域Ａ２であると判定した場合には、ＥＣＵ１００は、処理をステップＳ２１に移行する。ステップＳ２１では、ＥＣＵ１００は、予め記憶されているλ＝１用の第１燃料補正データに基づいて、ステップＳ５で決定した目標燃料噴射量を補正する（ステップＳ２１）。

なお、λ＝１用の第１燃料補正データも、λ＞１用の第１燃料補正データと同様に、モデル式に基づく内部ＥＧＲ率（理論値）と燃焼補正量との関係が定められたものである。このλ＝１用の第１燃料補正データは、専ら、モデル式に基づく各気筒２ａ〜２ｄの内部ＥＧＲ率と実際の内部ＥＧＲ率とのずれを是正し得るように、内部ＥＧＲ率と燃焼補正量との関係が定められている。

次いで、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２３に移行して、ステップＳ２１で決定した最終的な目標燃料噴射量の燃料を、ステップＳ５で決定された目標噴射時期にインジェクタ１５により噴射させるとともに、ステップＳ５で決定された点火時期にて点火プラグ１６に点火を行わせて、この点火をきっかけに混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させる。その後、ＥＣＵ１００は、処理をステップＳ１にリターンする。

図１０（ａ）は、ＥＣＵ１００による上記のような制御に基づく目標燃料噴射のフィードバック補正量の計時的な変化を示したグラフであり、図１０（ｂ）は、各気筒２ａ〜２ｂの前記個別差Δθ、すなわち燃焼モデルに基づく予測５０％燃焼期間θｔ０と実５０％燃焼期間θｔ１との偏差の計時的な変化とを示したグラフである。

図１０（ｂ）に示すように、上記の制御によると、時間経過と共に各気筒の個別差Δθの値が一定値に収束していること、すなわち各気筒２ａ〜２ｄの５０％燃焼期間θｔのばらつきが是正され、各気筒２ａ〜２ｄの５０％燃焼期間θｔが時間経過と共に揃ってきていることが考察できる。

［５．作用効果］
以上説明した通り、上記実施形態では、ＳＰＣＣＩ燃焼が実行される運転領域のうち、Ａ／Ｆが理論空燃比よりも大きくなる（λ＞１）第１運転領域Ａ１においては、点火プラグ１６による点火開始θｉｇから燃焼重心時期θｍｆｂ５０までの期間（５０％燃焼期間θｔ）が揃うように各気筒２ａ〜２ｄの目標燃料噴射量が制御される。５０％燃焼期間θｔとＧ／Ｆとの間には相関関係があることは上述した通りであり、よって、上記実施形態によれば、各気筒２ａ〜２ｄのＧ／Ｆを実質的に揃えることが可能と言える。

従って、上記実施形態によれば、λ＞１の運転領域（第１運転領域Ａ１）において、燃費性の悪化やＮＯｘの増加を抑制しつつ気筒間のトルクのばらつきを抑制することが可能になる。

図１１は、上記実施形態の制御、すなわち各気筒２ａ〜２ｄの５０％燃焼期間θｔを揃えることによるＧ／Ｆ合わせ制御と、Ａ／Ｆ合わせ制御とについて、燃費性、ＮＯｘ排出量及びＳＤＩを比較した試験結果を示しており、図１２は、Ｇ／Ｆ合わせ制御とＡ／Ｆ合わせ制御とについて、燃費性、ＮＯｘ排出量及びＬＮＶを比較した試験結果を示している。

図１１中のバブルの数値はＳＤＩの値を示している。ＳＤＩとは、各気筒２ａ〜２ｄの燃焼圧変動のばらつき度合を示す数値であり、その値が相対的に小さいほど気筒間の燃焼圧変動のばらつきが小さいこと、すなわち、各気筒２ａ〜２ｄのトルクのばらつきが小さいことを示している。また、図１２中のバブルの数値はＬＮＶの値を示している。ＬＮＶ（％）とは、燃焼状態を示す指標の一つであり、所定サイクル数（例えば少なくとも３００サイクル）における［燃焼時の図示有効圧力（最小値）／燃焼時の図示有効圧力（平均値）］×１００で定義され、その値が相対的に大きいほど燃焼安定性が良好であることを示している。

これら図１１、図１２に示す結果からも、各気筒２ａ〜２ｄの５０％燃焼期間θｔを揃えることによるＧ／Ｆ合わせ制御によれば、Ａ／Ｆ合わせ制御の場合に比べて燃費性が相対的に良好で、ＮＯｘ排出量の著しい低下もなく、また、Ａ／Ｆ合わせ制御の場合に比べて燃焼安定性（ＬＮＶ）が良好で、各気筒２ａ〜２ｂのトルクのばらつきも少ないことが考察できる。

また、上記実施形態によれば、このようなＧ／Ｆ合わせ制御において、燃焼モデルに基づき求められる予測５０％燃焼期間θｔ０と、筒内圧センサＳＮ３が検出する筒内圧力から算出される実５０％燃焼期間θｔ１との偏差（個別差Δθ）に基づき、各気筒２ａ〜２ｄの目標燃料噴射量がフィードバック補正される。そのため、気筒間の５０％燃焼期間θｔのばらつきを時間経過と共に速やかにかつより安定的に縮小させることができる。

特に、上記実施形態では、前記個別差Δθの平均値が目標値θｔｖとして設定され、この目標値θｔｖと各気筒２ａ〜２ｄの個別差Δθとの偏差に基づいてフィードバック補正量が決定される。すなわち、各気筒２ａ〜２ｄの個別差Δθが目標値θｔｖに近づくようにフィードバック補正量が求められるので、燃焼モデルに基づく予測５０％燃焼期間θｔ１に拘束されることなく、各気筒２ａ〜２ｄの５０％燃焼期間θｔを揃えることができる。換言すれば、５０％燃焼期間θｔ自体についての自由度は保ちながら、各気筒の実燃焼期間を揃えることが可能となる。例えば燃焼モデルの予測５０％燃焼期間θｔ０と実５０％燃焼期間θｔ１との偏差（個別差Δθ）がゼロに近づくようにフィードバック補正量を決定するようにしても良いが、この場合には、各気筒２ａ〜２ｄの５０％燃焼期間θｔを燃焼モデルに基づく予測５０％燃焼期間θｔ０に強制的に合わせ込むこととなり、例えば使用燃料の種類等によっては燃焼安定性を阻害することが考えられる。その点、予測５０％燃焼期間θｔ０と実５０％燃焼期間θｔ１との偏差である個別差Δθの平均値を目標値θｖｔとして設定し、この目標値θｖｔと個別差Δθとの偏差に基づいてフィードバック補正量を決定する上記実施形態によれば、燃焼モデルの予測５０％燃焼期間θｔ０に合わせ込むことなく、各気筒２ａ〜２ｄの５０％燃焼期間θｔを互いに揃えることが可能となる。そのため、上記のように燃焼安定性を阻害するなどの不都合を伴うことなく、各気筒２ａ〜２ｄの５０％燃焼期間θｔを揃えること、ひいては各気筒２ａ〜２ｄのＧ／Ｆを揃えることが可能になるという利点がある。

また、上記実施形態では、フィードバック補正量の算出に際しては、目標値θｖｔと個別差Δθとの偏差の大きさに応じて反映度合を定めた第２燃料補正データ（図９参照）に基づいて当該フィードバック補正量が求められる。そのため、目標値θｖｔと個別差Δθとの偏差がより小さくなるように、目標値θｖｔと個別差Δθとの偏差の大きさに応じた合理的な値がフィードバック補正量として算出される。よって、各気筒２ａ〜２ｄにおける個別差Δθを応答性よく目標値θｖｔに近づけること、すなわち、気筒間の５０％燃焼期間θｔを応答性よく揃えることが可能となる。

さらに、上記実施形態では、モデル式に基づく内部ＥＧＲ率と実際の内部ＥＧＲ率とのずれの傾向、及び気筒間の実際の内部ＥＧＲ率のばらつきの傾向に基づき、当該ずれやばらつきを是正するように予め気筒毎に設定された第１燃料補正データ（図８参照）に基づき先ず目標燃料噴射量を補正し（図６のステップＳ９）、この補正後の目標燃料噴射量に対してフィードバック補正が行われる（図６のステップＳ１１）。つまり、気筒毎の５０％燃焼期間θｔのばらつきへの影響度合いの大きい気筒間の内部ＥＧＲ率のばらつき等が是正されるように目標燃料噴射量がフィードフォワード補正され、当該補正後の目標燃料噴射量をベースとして上記フィードバック補正が行われる。そのため、上記実施形態によれば、この点でも気筒間の５０％燃焼期間θｔを応答性よく揃えることができるという利点がある。具体的に、上記実施形態では、実際のＥＧＲ率（量）が排気マニホールド４２の構造的影響を受け、＃１番気筒２ａの実際のＥＧＲ率が他の気筒２ｂ〜２ｄの実際のＥＧＲ率より大きくなる傾向があるが、上記実施形態によれば、＃１番気筒２ａの燃料補正量が他の気筒２ｂ〜２ｄの燃料補正量に比して相対的に補正の割合が大きくなるように設定された上記第１燃料補正データに基づき目標燃料噴射量が補正されるため、実際のＥＧＲ率の偏りによる気筒間の５０％燃焼期間θｔのばらつきを速やかに是正して、気筒間の５０％燃焼期間θｔを揃えることが可能になる。

［６．変形例等］
なお、上述した実施形態のエンジン及びＥＣＵ１００は、本発明に係る圧縮着火式エンジン及びその制御装置の好ましい実施形態の一例であって、圧縮着火式エンジン及びその制御装置の具体的な構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば以下のような構成を採用してもよい。

（１）上記実施形態では、点火時期θｉｇから燃焼重心時期θｍｆｂ５０、すなわち燃料のうち質量割合５０％の燃料が燃焼する時期までの期間θｔ（５０％燃焼期間θｔ）を揃えるように目標燃料噴射量が補正される。しかし、燃料の燃焼質量割合は５０％以外の値（例えば４０％や６０％）であってもよい。要は、点火時期θｉｇから所定の質量割合の燃料が燃焼する時期（所定質量燃料時期）までの期間が各気筒２ａ〜２ｄで揃うようにすれば、Ｇ／Ｆ合わせ制御を実質的に行うことができる。

（２）上記実施形態における第１燃料補正データ（図８）や第２燃料補正データ（図９）は、実施形態の一例、すなわち図２に示すような排気マニホールド４２を備えたエンジンについて気筒間の５０％燃焼期間θｔをより応答性よく揃えるために設定されたデータであって、第１燃料補正データにおける内部ＥＧＲ率と燃料補正量の関係や、第２燃料補正データにおける目標値θｖｔと個別差Δθとの偏差の大きさと反映度合との関係は、実施形態に限定されるもではなく、具体的なエンジン構造等に基づき適宜変更可能である。

（３）上記実施形態では、燃焼モデルの予測５０％燃焼期間θｔ０と実５０％燃焼期間θｔ１との偏差（個別差Δθ）の平均値を目標値θｖｔとして、当該目標値θｖｔに個別差Δθが近づくようにフィードバック補正量が算出される。しかし、燃焼安定性を阻害するなどの不都合を伴わない場合には、例えば燃焼モデルの予測５０％燃焼期間θｔ０を目標値として各気筒２ａ〜２ｄの実５０％燃焼期間θｔ１が近づくように、予測５０％燃焼期間θｔ０と各気筒の実５０％燃焼期間θｔ１との偏差に基づきフィードバック補正量を算出するようにしてもよい。この場合の前記第２燃料補正データは、予測５０％燃焼期間θｔ０と実５０％燃焼期間θｔ１との偏差と、反映度合との関係を定めたものとすればよく、例えば、予測５０％燃焼期間θｔ０と実５０％燃焼期間θｔ１との偏差が相対的に大きくなるほど反映度合が相対的に大きくなるように、予測５０％燃焼期間θｔ０と実５０％燃焼期間θｔ１との偏差と、反映度合との関係を定めたものとすることができる。このような第２燃料補正データを用いた前記ＥＣＵ１００による制御によれば、燃料噴射量に対する補正量が、予測５０％燃焼期間θｔ０と実５０％燃焼期間θｔ１との偏差の大きさに応じた合理的な値に設定されるため、各気筒２０ａ〜２０ｄの点火時期θｉｇから５０％燃焼期間θｔ（所定質量燃焼時期）までの期間を応答性よく揃えることが可能となる。

（４）上記実施形態では、λ＞１の運転領域（第１運転領域Ａ１）でＧ／Ｆ合わせ制御を行っているが、例えば燃費性の著しい悪化やＮＯｘの著しい増加を招かないような場合には、λ＝１の運転領域（第２運転領域Ａ２）又はその一部分の領域においてもＧ／Ｆ合わせ制御を行うようにしてもよい。

１ エンジン本体
２ 気筒
２ａ ＃１番気筒
２ｂ ＃２番気筒
２ｃ ＃３番気筒
２ｄ ＃４番気筒
１００ ＥＣＵ

Claims (7)

1. 複数の気筒と、気筒に燃料を噴射するインジェクタと、前記気筒内で火花を発生する点火プラグとを備え、気筒内の燃料と空気の混合気の一部を火花点火によりＳＩ燃焼させた後に気筒内の残りの混合気を自着火によりＣＩ燃焼させる圧縮着火式エンジンの制御装置であって、
   予め定められた所定の燃焼時期が目標時期となるように前記点火プラグの点火時期を制御するとともに、点火プラグによる前記点火時期から所定の質量割合の燃料が燃焼する時期である所定質量燃焼時期までの期間が各気筒で揃うように、当該所定質量燃焼時期の予測値である予測燃焼時期と実際の燃焼時期である実燃焼時期との偏差に応じて、燃料噴射量の補正量に対する当該偏差の反映度合を決定し、当該反映度合に基づき前記インジェクタによる各気筒の燃料噴射量を補正する、燃焼制御部を備えている、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。
2. 請求項１に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   各気筒内の圧力を各々検出する複数の筒内圧センサを備え、
   前記燃焼制御部は、点火プラグによる点火時期から前記予測燃焼時期までの期間であって予め設定された燃焼モデルに基づき求められる予測燃焼期間と、前記筒内圧センサが検出する筒内圧力に基づき求められる、点火プラグによる点火時期から前記実燃焼時期までの期間である実燃焼期間との偏差に応じた前記反映度合を決定し、当該反映度合に基づき各気筒の燃料噴射量を補正する、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。
3. 請求項２に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記反映度合は、前記予測燃焼期間と前記実燃焼期間との偏差が相対的に大きいほど燃料噴射量の補正量が多くなるように設定されている、ことを特徴とする圧縮着火エンジンの制御装置。
4. 請求項２又は３に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記燃焼制御部は、気筒毎の前記予測燃焼期間と前記実燃焼期間との偏差である個別差の平均値を目標値として設定し、この目標値と前記個別差との偏差がゼロに向かうように各気筒の燃料噴射量を補正する、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。
5. 請求項１乃至４の何れか一項に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記エンジンは、少なくとも一部の運転領域で、気筒内の空気と燃料との割合である空燃比が理論空燃比よりも高いリーン運転が実行されるものであり、
   前記燃焼制御部は、前記一部の運転領域において、点火プラグによる点火時期から前記所定質量燃焼時期までの期間が各気筒で揃うように、前記予測燃焼時期と前記実燃焼時期との偏差に応じた前記反映度合を決定し、当該反映度合に基づき各気筒の燃料噴射量を補正する、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。
6. 請求項５に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記燃焼制御部は、前記リーン運転時、点火プラグによる点火時期から前記所定質量燃焼時期までの期間の気筒間でのばらつきに影響を与える所定要素の大きさに応じて気筒毎に予め設定された燃料補正量に基づいて各気筒の燃料噴射量を補正する、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。
7. 請求項６に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記エンジンは、前記複数の気筒から排出される排気ガスを案内する排気マニホールドを備え、
   前記排気マニホールドは、前記複数の気筒の配列方向における特定の気筒に最も近い位置に各気筒からの排気ガスが集合する集合部を備えるものであり、
   前記所定要素は内部ＥＧＲ率であり、
   前記複数の気筒のうち前記特定の気筒についての前記燃料補正量は、それ以外の気筒の前記燃料補正量に比して相対的に補正の割合が大きくなるように設定されている、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。