JP2020176576A - 内燃機関の制御方法および制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、気筒の筒内圧の上限値を適切に設定できる内燃機関の制御方法および該装置を提供する。【解決手段】本発明の制御方法は、気筒内の混合気を燃焼させる方法であって、気筒の筒内温および筒内圧を測定する工程Ｓ４１と、燃焼サイクルにおける筒内圧のヒストグラムの標準偏差を求める工程Ｓ４２と、所定の運転点において、今回の燃焼サイクルより前に求められた標準偏差を、今回の燃焼サイクルで求められた標準偏差に基づいて更新する工程Ｓ４６とを備え、この更新した標準偏差に基づいて所定の運転点における気筒の筒内圧の上限値を求めて上限値以下となるように内燃機関を制御する。ここで、標準偏差を求める際に、今回の燃焼サイクルで測定された筒内温に基づいて、今回の燃焼サイクルにおいて測定される筒内圧のヒストグラムが正規分布か否かを判定し、判定結果に応じて今回の燃焼サイクルにおける標準偏差が求められる（Ｓ４３〜Ｓ４５）。【選択図】図１４

Description

本発明は、気筒内の混合気を燃焼させる内燃機関の制御方法および制御装置に関する。

車両の搭載される内燃機関で生じる音は、前記車両の搭乗者には騒音に感じるため、より小さいことが好ましい。特に、ディーゼルエンジンや後述のＳＰＣＣＩ燃焼を行う部分圧縮着火式エンジンでは、混合気を自着火させるため、気筒の筒内圧のピークが高くなる虞があり、騒音が大きくなる虞がある。このような騒音に関する技術は、例えば、特許文献１に開示されている。

この特許文献１に開示された燃料噴射制御装置は、高負荷域にある場合に燃料噴射弁により第一噴射と第二噴射とを含む燃料噴射を実行させる装置であって、燃焼状態が所定の許容状態となるように、前記第一噴射および前記第二噴射の少なくとも一方の噴射状態を制御し、前記第一噴射が実行されることで上昇する燃焼室内の圧力の上昇率が所定の許容最大上昇率となるように、前記第一噴射の噴射率を制御する。そして、前記許容最大上昇率は、燃料の燃焼に伴って生じる振動や騒音などを考慮して設定される（特許文献１の［００３２］段落）。あるいは、燃焼音が許容最大音量を超えないように、前記第一噴射の噴射率が調整される（特許文献１の［００４９］段落）。

特開２０１７−９６２４５号公報

ところで、騒音となる内燃機関で生じる音（燃焼騒音）を低く抑えるためには、気筒の筒内圧を低く抑えれば良いが、気筒の筒内圧を低く抑えると、熱効率が劣化してしまう。このため、燃焼騒音の上限値、すなわち、気筒の筒内圧の上限値を適切に設定することが望まれる。

本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、気筒の筒内圧の上限値を適切に設定できる内燃機関の制御方法および制御装置を提供することである。

本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかる内燃機関の制御方法は、気筒内の混合気を燃焼させる方法であって、前記気筒の筒内温を測定する筒内温測定工程と、前記気筒の筒内圧を測定する筒内圧測定工程と、燃焼サイクルにおいて前記筒内圧測定工程で測定される筒内圧のヒストグラムの標準偏差を求める標準偏差処理工程と、所定の運転点において、今回の燃焼サイクルより前に前記標準偏差処理工程で求められた標準偏差を、前記今回の燃焼サイクルにおいて前記標準偏差処理工程で求められた標準偏差に基づいて更新する標準偏差更新工程と、前記標準偏差更新工程で更新された標準偏差に基づいて前記気筒の筒内圧の上限値を求める上限値処理工程と、前記所定の運転点において、前記上限値処理工程で求めた上限値以下となるように前記内燃機関を制御する燃焼制御工程とを備え、前記標準偏差処理工程は、前記今回の燃焼サイクルにおいて前記筒内温測定工程で測定された筒内温に基づいて、前記今回の燃焼サイクルにおいて前記筒内圧測定工程で測定される筒内圧のヒストグラムが正規分布か否かを判定し、判定結果に応じて前記今回の燃焼サイクルにおける標準偏差を求める。本発明の他の一態様にかかる内燃機関の制御装置は、気筒内の混合気を燃焼させる装置であって、前記気筒の筒内温を測定する筒内温測定部と、前記気筒の筒内圧を測定する筒内圧測定部と、燃焼サイクルにおいて前記筒内圧測定部で測定される筒内圧のヒストグラムの標準偏差を求める標準偏差処理部と、所定の運転点において、今回の燃焼サイクルより前に前記標準偏差処理部で求められた標準偏差を、前記今回の燃焼サイクルにおいて前記標準偏差処理部で求められた標準偏差に基づいて更新する標準偏差更新部と、前記標準偏差更新部で更新された標準偏差に基づいて前記気筒の筒内圧の上限値を求める上限値処理部と、前記所定の運転点において、前記上限値処理部で求めた上限値以下となるように前記内燃機関を制御する燃焼制御部とを備え、前記標準偏差処理部は、前記今回の燃焼サイクルにおいて前記筒内温測定部で測定された筒内温に基づいて、前記今回の燃焼サイクルにおいて前記筒内圧測定部で測定される筒内圧のヒストグラムが正規分布か否かを判定し、判定結果に応じて前記今回の燃焼サイクルにおける標準偏差を求める。好ましくは、これら上述の方法および装置において、前記所定の運転点は、前記内燃機関の出力軸における回転数（回転速度）および負荷（要求トルク）に応じて決まる。

燃焼騒音は、同一の運転点でも個々の燃焼サイクルでばらつくため、気筒の筒内圧に関するヒストグラムの標準偏差に基づいて前記気筒の筒内圧の上限値を設定する手法が考えられる。前記標準偏差を前記ヒストグラムが正規分布であると考えて求めると、現実（実際）には、前記ヒストグラムが正規分布であるとみなせない非正規分布である場合があり、この場合では、前記標準偏差が適切に求められず、前記標準偏差に基づいて設定された上限値が適切に設定されていない虞がある。上記内燃機関の制御方法および該装置は、筒内温に基づいて、今回の燃焼サイクルにおける筒内圧のヒストグラムが正規分布か否かを判定し、判定結果に応じて前記今回の燃焼サイクルにおける標準偏差を求める。このため、上記内燃機関の制御方法および該装置は、前記ヒストグラムが正規分布ではない場合でも、気筒の筒内圧の上限値を適切に設定できる。このように求めた標準偏差に基づき求めた前記気筒の筒内圧の上限値が、現実には非正規分布である前記ヒストグラムを正規分布と考えて求めた標準偏差に基づき求めた前記気筒の筒内圧の上限値より大きい場合では、これら上限値の差分に応じた熱効率の改善が見込まれる。したがって、上記内燃機関の制御方法および該装置は、気筒の筒内圧の上限値を適切に設定できるため、燃焼騒音を許容値に収めつつ、熱効率を改善できる。

他の一態様では、上述の内燃機関の制御方法において、前記内燃機関は、前記気筒内の混合気の一部を花火点火によりＳＩ燃焼させた後に前記気筒内の残りの混合気を自着火によりＣＩ燃焼させる部分圧縮着火燃焼が少なくとも一部の運転領域で実行される車載用の圧縮着火式エンジンであり、前記燃焼制御工程は、前記上限値処理部で求めた上限値以下となるように目標燃焼重心を設定し、前記設定した目標燃焼重心に基づいて前記花火点火の点火タイミングを制御する。他の一態様では、上述の内燃機関の制御装置において、前記内燃機関は、前記気筒内の混合気の一部を花火点火によりＳＩ燃焼させた後に前記気筒内の残りの混合気を自着火によりＣＩ燃焼させる部分圧縮着火燃焼が少なくとも一部の運転領域で実行される車載用の圧縮着火式エンジンであり、前記燃焼制御部は、前記上限値処理部で求めた上限値以下となるように目標燃焼重心を設定し、前記設定した目標燃焼重心に基づいて前記花火点火の点火タイミングを制御する。

これによれば、気筒の筒内圧の上限値を適切に設定できる、部分圧縮着火式エンジンの制御方法および制御装置が提供できる。

他の一態様では、上述の内燃機関の制御方法において、前記標準偏差処理工程は、前記今回の燃焼サイクルにおいて前記筒内温測定工程で測定された筒内温が所定の第１閾値温度以上である場合に、前記今回の燃焼サイクルにおいて前記筒内圧測定工程で測定される筒内圧のヒストグラムが正規分布ではないと判定する。他の一態様では、上述の内燃機関の制御装置において、前記標準偏差処理部は、前記今回の燃焼サイクルにおいて前記筒内温測定部で測定された筒内温が所定の第１閾値温度以上である場合に、前記今回の燃焼サイクルにおいて前記筒内圧測定部で測定される筒内圧のヒストグラムが正規分布ではないと判定する。

筒内温が比較的高い場合、ノッキングが起こり易く、この結果、筒内圧のヒストグラムが正規分布ではないことが多い。上記内燃機関の制御方法および該装置は、筒内温が所定の第１閾値温度以上である場合に、筒内圧のヒストグラムが正規分布ではないと判定する。このため、上記内燃機関の制御方法および該装置は、ノッキングに起因して前記ヒストグラムが正規分布ではない場合でも、気筒の筒内圧の上限値を適切に設定できる。

他の一態様では、上述の内燃機関の制御方法において、前記標準偏差処理工程は、前記今回の燃焼サイクルにおいて前記筒内温測定工程で測定された筒内温が前記第１閾値温度より低い所定の第２閾値温度以下である場合に、前記今回の燃焼サイクルにおいて前記筒内圧測定工程で測定される筒内圧のヒストグラムが正規分布ではないと判定する。他の一態様では、上述の内燃機関の制御装置において、前記標準偏差処理部は、前記今回の燃焼サイクルにおいて前記筒内温測定部で測定された筒内温が前記第１閾値温度より低い所定の第２閾値温度以下である場合に、前記今回の燃焼サイクルにおいて前記筒内圧測定部で測定される筒内圧のヒストグラムが正規分布ではないと判定する。

筒内温が比較的低い場合、例えば失火等により燃焼が不安定に成り易く、この結果、筒内圧のヒストグラムが正規分布ではないことが多い。上記内燃機関の制御方法および該装置は、筒内温が所定の第２閾値温度以下である場合に、筒内圧のヒストグラムが正規分布ではないと判定する。このため、上記内燃機関の制御方法および該装置は、不安定な燃焼に起因して前記ヒストグラムが正規分布ではない場合でも、気筒の筒内圧の上限値を適切に設定できる。

他の一態様では、上述の内燃機関の制御方法において、前記筒内圧測定工程で測定された筒内圧に基づいて前記判定結果の正否を判定する正否判定処理を複数実施し、前記実施した複数の正否判定処理の結果に基づいて前記第１および第２閾値温度の少なくとも一方を修正する修正処理工程をさらに備える。他の一態様では、上述の内燃機関の制御装置において、前記筒内圧測定部で測定された筒内圧に基づいて前記判定結果の正否を判定する正否判定処理を複数実施し、前記実施した複数の正否判定処理の結果に基づいて前記第１および第２閾値温度の少なくとも一方を修正する修正処理部をさらに備える。

第１および第２閾値温度に基づいて判定した判定結果が実際には、誤っている場合がある。上記内燃機関の制御方法および該装置は、前記判定結果の正否を複数回判定し、この正否判定の判定結果に基づいて前記第１および第２閾値温度の少なくとも一方を修正するので、前記第１および第２閾値温度に基づいて筒内圧のヒストグラムが正規分布か否かをより適切に判定できるようになる。

他の一態様では、上述の内燃機関の制御方法において、前記上限値処理工程は、前記更新された標準偏差の３倍に基づいて前記気筒の筒内圧の上限値を求める。他の一態様では、上述の内燃機関の制御装置において、前記上限値処理部は、前記更新された標準偏差の３倍に基づいて前記気筒の筒内圧の上限値を求める。

標準偏差σの３倍（３σ）は、一般に、分布の９９．７３をカバーできる。このため、上記内燃機関の制御方法および該装置は、前記更新された標準偏差の３倍に基づいて前記気筒の筒内圧の上限値を求めるので、前記気筒の筒内圧がばらついても前記気筒の筒内圧を上限値以下に押さえることができる。すなわち、上記内燃機関の制御方法および該装置は、燃焼騒音を許容範囲内に押さえることができる。

本発明にかかる内燃機関の制御方法および制御装置は、気筒の筒内圧の上限値を適切に設定できる。

実施形態におけ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。 エンジン本体およびピストンを説明するための図である。 気筒およびその近傍の吸排気系の構造を示す概略平面図である。 エンジンの制御系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相違により区分けしたマップ図である。 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燃焼時に実行される制御の詳細を示すフローチャートである。 図７に示す処理Ｓ４の制御の詳細を示すサブルーチンである。 燃焼騒音にかかる基準値を決定する際に利用されるマップである。 ＣＩ燃焼の開始時期（θｃｉ）と前記基準値との関係を規定したマップである。 一例として、所定の１つの運転点での筒内圧のヒストグラムを示す図である。 関数Ｆ（ａ）のグラフである。 一例として、ノッキングおよび失火における筒内圧の各ヒストグラムを示す図である。 標準偏差を求める処理を示すフローチャートである。 一例として、実施形態の効果を説明するための図である。

以下、図面を参照して、本発明の１または複数の実施形態が説明される。しかしながら、発明の範囲は、開示された実施形態に限定されない。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。

（１）エンジンの全体構成
図１は、実施形態におけ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。図２は、エンジン本体およびピストンを説明するための図である。図２の上段には、エンジン本体の断面図が図示され、図２の下段には、ピストンの平面図が図示されている。図３は、気筒およびその近傍の吸排気系の構造を示す概略平面図である。

実施形態における圧縮着火式エンジンは、一例として、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る。この圧縮着火式エンジンは、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ＥＧＲ装置５０とを含む。

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とを含む。エンジン本体１は、典型的には複数の（例えば４つの）気筒を有する多気筒型であるが、ここでは、簡略化のため、１つの気筒２のみに着目して説明する。

ピストン５の上方には、燃焼室６が画成される。この燃焼室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。この供給された燃料は、燃焼室６で空気と混合されつつ燃焼され、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良く、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有しても良い。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が配設される。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する。

気筒２の幾何学的圧縮比（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、Ｓｐａｒｋ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ燃焼）に好適な値として、１３以上３０以下に設定される。好ましくは、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では１４以上１７以下に設定され、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では１５以上１８以下に設定される。

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とが配設される。

シリンダヘッド４には、燃焼室６に開口する吸気ポート９および排気ポート１０と、吸気ポート９を開閉する吸気弁１１と、排気ポート１０を開閉する排気弁１２とが設けられる。なお、本実施形態におけるエンジンのバルブ形式は、図２に示すように、吸気２バルブ×排気２バルブの４バルブ形式である。より具体的には、吸気ポート９は、第１吸気ポート９Ａおよび第２吸気ポート９Ｂを含み、排気ポート１０は、第１排気ポート１０Ａおよび第２排気ポート１０Ｂを含む。吸気弁１１は、第１吸気ポート９Ａおよび第２吸気ポート９Ｂをそれぞれ開閉するように合計２つ備え、排気弁１２は、第１排気ポート１０Ａおよび第２排気ポート１０Ｂをそれぞれ開閉するように合計２つ備える。

図３に示すように、第２吸気ポート９Ｂには開閉可能なスワール弁１８が配設されている。スワール弁１８は、第２吸気ポート９Ｂにのみ配設され、第１吸気ポート９Ａには配設されていない。このようなスワール弁１８が閉方向に駆動されると、スワール弁１８が配設されていない第１吸気ポート９Ａから燃焼室６に流入する吸気の割合が増大するため、気筒軸線の回りを旋回する旋回流、つまりスワール流が強化できる。逆に、スワール弁１８を開方向に駆動されると前記スワール流が弱化できる。なお、本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の少なくとも開時期を変更可能な吸気ＶＶＴ１３ａが内蔵される。同様に、排気弁１２用の動弁機構１４には、排気弁１２の少なくとも閉時期を変更可能な排気ＶＶＴ１４ａが内蔵される。これら吸気ＶＶＴ１３ａおよび排気ＶＶＴ１４ａの制御により、本実施形態では、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が調整できる。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）の量が調整できる。なお、吸気ＶＶＴ１３ａ（排気ＶＶＴ１４ａ）は、吸気弁１１（排気弁１２）の閉時期（開時期）を固定したまま開時期（閉時期）のみを変更するタイプの可変機構であって良く、吸気弁１１（排気弁１２）の開時期および閉時期を同時に変更する位相式の可変機構であって良い。

シリンダヘッド４には、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の混合気に点火する点火プラグ１６とが配設される。シリンダヘッド４には、さらに、燃焼室６の圧力（以下、筒内圧力ともいう）を検出する筒内圧センサＳＮ３が配設される。

図２に示すように、ピストン５の冠面には、その中央部を含む比較的広い領域をシリンダヘッド４とは反対側（下方）に凹陥させたキャビティ２０が形成される。キャビティ２０の中心部には、相対的に上方に隆起したほぼ円錐状の隆起部２０ａが形成され、この隆起部２０ａを挟んだ径方向の両側がそれぞれ断面お椀状の凹部が形成されている。言い換えると、キャビティ２０は、隆起部２０ａを囲むように形成された平面視ドーナツ状の凹部である。ピストン５の冠面のうちキャビティ２０よりも径方向外側の領域は、円環状の平坦面からなるスキッシュ部２１となっている。

インジェクタ１５は、その先端部に複数の噴孔を持つ多噴孔型のインジェクタであり、当該複数の噴孔から放射状に燃料を噴射できる（図２中のＦは各噴孔から噴射された燃料の噴霧を表している）。インジェクタ１５は、その先端部がピストン５の冠面の中心部（隆起部２０ａ）と対向するように配設される。

点火プラグ１６は、インジェクタ１５に対し吸気側に幾分ずれた位置に配設される。点火プラグ１６の先端部（電極部）は、キャビティ２０と平面視で重複する位置に設定される。

図１に示すように、吸気通路３０は、所定の部材で形成され、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、吸気の流量を調整する開閉可能なスロットル弁３２、吸気を圧縮しつつ送り出す過給機３３、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、および、サージタンク３６が配設される。吸気通路３０には、吸気の流量を検出するエアフローセンサＳＮ４、吸気の温度を検出する吸気温センサＳＮ５、および、吸気の圧力を検出する吸気圧センサＳＮ６が配設される。より具体的には、エアフローセンサＳＮ４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との間の部分に配設され、当該部分を通過する吸気の流量を検出する。吸気温センサＳＮ５および吸気圧センサＳＮ６は、サージタンク３６に設けられ、当該サージタンク３６内における吸気の温度およびその圧力を検出する。

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、ルーツ式および遠心式等の公知の過給機のいずれかが過給機３３として用いられる。過給機３３とエンジン本体１との間には、締結と解放とを電気的に切り替えできる電磁クラッチ３４が介設される。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、過給機３３による過給が実施される。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、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が設けられる。バイパス通路３８は、所定の部材で形成され、サージタンク３６と後述するＥＧＲ通路５１とを互いに接続する。バイパス通路３８には開閉可能なバイパス弁３９が配設される。

排気通路４０は、所定の部材で形成され、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る。燃焼室６で生成された既燃ガス（排気ガス）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、排気音を検出する排気温センサＳＮ７および触媒コンバータ４１が配設される。排気温センサＳＮ７は、排気通路４０における排気ポート１０と触媒コンバータ４１との間の部分に配設され、当該部分を通過する排気の温度を検出する。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とが内蔵される。なお、触媒コンバータ４１の下流側に、三元触媒やＮＯｘ触媒等の適宜の触媒を内蔵した別の触媒コンバータが追加されても良い。

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に配設されたＥＧＲクーラ５２およびＥＧＲ弁５３とを含む。ＥＧＲ通路５１は、所定の部材で形成され、排気通路４０における触媒コンバータ４１よりも下流側の部分と、吸気通路３０におけるスロットル弁３２と過給機３３との間の部分とを互いに接続する。ＥＧＲクーラ５２は、ＥＧＲ通路５１を通じて排気通路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ＳＮ８が配設される。

（２）制御系
図４は、エンジンの制御系を示すブロック図である。図５は、エンジンの運転領域を燃焼形態の相違により区分けしたマップ図である。図５の横軸は、回転速度であり、その縦軸は、負荷（要求トルク）である。図６は、ＳＰＣＣＩ燃焼時の熱発生率の波形を示すグラフである。図６の横軸は、クランク角であり、その縦軸は、熱発生率である。

図４に示す制御処理部１００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（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）およびその周辺回路等を備えて構成される。

制御処理部１００には、各種センサによる検出信号が入力される。例えば、制御処理部１００は、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、吸気温センサＳＮ５、吸気圧センサＳＮ６、排気温センサＳＮ７および差圧センサＳＮ８と電気的に接続され、これらのセンサによって検出された情報（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、排気温、ＥＧＲ弁５３の前後差圧等）が制御処理部１００に逐次入力される。

そして、本実施形態では、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ＳＮ９と、車両の走行速度（以下、車速という）を検出する車速センサＳＮ１０とが備えられている。これらアクセルセンサＳＮ９および車速センサＳＮ１０も制御処理部１００に電気的に接続され、これらアクセルセンサＳＮ９および車速センサＳＮ１０それぞれによる各検出信号も制御処理部１００に逐次入力される。

制御処理部１００は、上記各センサからの入力信号に基づいて、エンジンの運転領域に応じた種々の判定処理や演算処理等を実行しつつエンジンの各部を当該各部の機能に応じて制御する。すなわち、制御処理部１００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、上記判定処理や演算処理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。

前記エンジンの運転領域は、図５に示すように、回転速度および負荷（要求トルク）に応じた燃焼形態の相違によって４つの第１ないし第４運転領域Ａ１〜Ａ４に大別される。第１運転領域Ａ１は、回転速度および負荷の双方が相対的に低い低速・低負荷の領域である。この第１運転領域Ａ１に属する各運転点では、制御処理部１００は、過給機３３による過給を停止した状態（自然吸気の状態）で混合気をストイキメトリーなＳＰＣＣＩ燃焼させるように、エンジンの各部を制御する。第２運転領域Ａ２は、回転速度が相対的に低くかつ負荷が相対的に高い低速・高負荷の領域である。この第２運転領域Ａ２に属する各運転点では、制御処理部１００は、過給機３３により過給した状態で混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させるように、エンジンの各部を制御する。第４運転領域Ａ４は、回転速度が相対的に高い高速領域である。この第４運転領域Ａ４に属する各運転点では、制御処理部１００は、過給機３３により過給した状態で混合気を、典型的なＳＩ燃焼させるように、エンジンの各部を制御する。第３運転領域Ａ３は、第１運転領域Ａ１内に含まれる、回転速度および負荷の双方が相対的に中程度の中速・中負荷の領域である。この第３運転領域Ａ３に属する各運転点では、制御処理部１００は、過給機３３により過給した状態で混合気をリーンバーンなＳＰＣＣＩ燃焼させるように、エンジンの各部を制御する。

前記ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とをミックスした燃焼形態である。より詳しくは、まず、ＳＩ燃焼は、点火プラグ１６を用いた火花点火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形態である。ＣＩ燃焼は、ピストン５の圧縮により高温・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形態である。これらＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とをミックスしたＳＰＣＣＩ燃焼は、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、当該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内の残りの混合気を自着火によりＣＩ燃焼させる、という燃焼形態である。

ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼時の熱発生よりもＣＩ燃焼時の熱発生の方が急峻になるという性質を持つ。例えば、ＳＰＣＣＩ燃焼による熱発生率の波形は、図６に示すように、ＳＩ燃焼に対応する燃焼初期の立ち上がりの傾きが、その後のＣＩ燃焼に対応して生じる立ち上がりの傾きよりも小さくなる。ＳＰＣＣＩ燃焼時の熱発生率の波形は、ＳＩ燃焼によって形成された相対的に立ち上がりの傾きが小さい第１熱発生率部と、ＣＩ燃焼によって形成された相対的に立ち上がりの傾きが大きい第２熱発生部とを、この順で連続して備える。このような熱発生率の傾向に対応して、ＳＰＣＣＩ燃焼では、ＳＩ燃焼時に生じる燃焼室６内の圧力上昇率（ｄｐ／ｄθ）がＣＩ燃焼時のそれよりも小さくなる。ＳＩ燃焼によって、燃焼室６内の温度および圧力が高まると、これに伴い未燃混合気が自着火し、ＣＩ燃焼が開始される。この自着火のタイミング（つまりＣＩ燃焼が開始するタイミング）で、熱発生率の波形の傾きが小から大へと変化する。このため、ＳＰＣＣＩ燃焼における熱発生率の波形は、ＣＩ燃焼が開始するタイミングで現れる変曲点（図６のＸ）を有している。

ＣＩ燃焼の開始後、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とが並行して行われる。ＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼よりも混合気の燃焼速度が速いため、熱発生率は、相対的に大きくなる。ここで、ＣＩ燃焼は、圧縮上死点の後に行われるため、熱発生率の波形の傾きが過大になることはない。すなわち、圧縮上死点を過ぎるとピストン５の下降によりモータリング圧力が低下するので、このことが熱発生率の上昇を抑制する結果、ＣＩ燃焼時のｄｐ／ｄθが過大にならない。このように、ＳＰＣＣＩ燃焼では、ＳＩ燃焼の後にＣＩ燃焼が行われるという性質上、燃焼騒音の指標となるｄｐ／ｄθが過大になり難く、単純なＣＩ燃焼（全ての燃料をＣＩ燃焼させた場合）に比べて燃焼騒音が抑制できる。

ＣＩ燃焼の終了に伴いＳＰＣＣＩ燃焼も終了する。ＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼に比べて燃焼速度が速いので、ＳＰＣＣＩ燃焼では、単純なＳＩ燃焼（全ての燃料をＳＩ燃焼させた場合）に比べて燃焼終了時期を早めることができる。言い換えると、ＳＰＣＣＩ燃焼では、燃焼終了時期を膨張行程内において圧縮上死点に近づけることができる。これにより、ＳＰＣＣＩ燃焼では、単純なＳＩ燃焼に比べて燃費性能を向上させることができる。

このようなＳＰＣＣＩ燃焼を実行するために、一例として、第２運転領域Ａ２では、より具体的には、制御処理部１００は、エンジンの各部を次のように制御する。なお、以下の説明では、燃料噴射や火花点火の時期を特定する用語として、〜行程の「前期」「中期」「後期」と言う用語や、〜行程の「前半」「後半」と言う用語が適宜に用いられる。これらは、以下のように定義される。吸気行程や圧縮行程等の任意の行程を３等分した場合では、各期間は、前から順に「前期」「中期」「後期」と定義される。このため、例えば圧縮行程の（ｉ）前期、（ｉｉ）中期、（ｉｉｉ）後期は、それぞれ、（ｉ）圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）１８０〜１２０°ＣＡ、（ｉｉ）ＢＴＤＣ１２０〜６０°ＣＡ、（ｉｉｉ）ＢＴＤＣ６０〜０°ＣＡの各範囲である。同様に、吸気行程や圧縮行程等の任意の行程を２等分した場合では、各期間は、前から順に「前半」「後半」と定義される。このため、例えば、吸気行程の（ｉｖ）前半、（ｖ）後半は、それぞれ、（ｉｖ）ＢＴＤＣ３６０〜２７０°ＣＡ、（ｖ）ＢＴＤＣ２７０〜１８０°ＣＡの各範囲である。

この第２運転領域Ａ２では、点火プラグ１６は、圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間内に１回の火花点火を実行する。そして、この火花点火をきっかけにＳＰＣＣＩ燃焼が開始され、燃焼室６内の一部の混合気が火炎伝播により燃焼（ＳＩ燃焼）し、その他の混合気が自着火により燃焼（ＣＩ燃焼）する。

インジェクタ１５は、吸気行程中に少なくとも１回の燃料噴射を実行する。例えば、インジェクタ１５は、１サイクル中に噴射すべき燃料の全量を供給する１回の燃料噴射を吸気行程中に実行する。なお、吸気行程中に２回に分けて燃料が噴射されても良い。

スロットル弁３２の開度は、理論空燃比相当の空気量が吸気通路３０を通じて燃焼室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）に略一致するような開度に設定される。一方、後述するように、第２運転領域Ａ２では、ＥＧＲ弁５３が開弁されて外部ＥＧＲガスが燃焼室６に導入される。このため、第２運転領域Ａ２では、燃焼室６内の全ガスと燃料との重量比であるガス空燃比（Ｇ／Ｆ）は、理論空燃比（１４．７）よりも大きくなる。このように、本実施形態では、第２運転領域Ａ２での運転時に、ガス空燃比（Ｇ／Ｆ）が理論空燃比よりも大きくかつ空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比に略一致する環境（以下、これをＧ／Ｆリーン環境という）を形成しつつ混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させる制御が実行される。

過給機３３は、ＯＮ状態とされる。過給機３３がＯＮ状態とされて吸気が過給されているとき、バイパス弁３９の開度は、サージタンク３６内の圧力（過給圧）が目標圧力に一致するように制御される。

吸気ＶＶＴ１３ａおよび排気ＶＶＴ１４ａは、内部ＥＧＲが実質的に停止されるようなタイミングで吸気弁１１および排気弁１２を駆動する。

ＥＧＲ弁５３は、第２運転領域Ａ２でのＳＰＣＣＩ燃焼に適した量の外部ＥＧＲガスが燃焼室６に導入されるように適宜の開度まで開弁される。このときのＥＧＲ弁５３の開度は、所望のＳＰＣＣＩ燃焼の波形（後述する目標ＳＩ率および目標θｃｉ）を得るのに適した筒内温度が実現されるように調整される。

スワール弁１８の開度は、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に導入されるような開度に設定される。あるいは、スワール弁１８の開度は、これよりも大きい所定の中間開度に設定される。

これに対し、他の一例として、典型的なＳＩ燃焼が行われる第４運転領域Ａ４では、より具体的には、制御処理部１００は、エンジンの各部を次のように制御する。

点火プラグ１６は、圧縮行程後期から膨張行程初期までの期間内に１回の火花点火を実行する。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。

インジェクタ１５は、少なくとも吸気行程と重複する所定の期間にわたって噴射を噴射する。例えば、インジェクタ１５は、吸気行程から圧縮行程にかけた一連の期間にわたって燃料を噴射する。

過給機３３は、ＯＮ状態とされ、過給機３３による過給が行われる。このときの過給圧は、バイパス弁３９によって調整される。

スロットル弁３２およびＥＧＲ弁５３は、燃焼室６内の空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比もしくはこれよりもややリッチな値となるように、それぞれの開度が制御される。

スワール弁１８は、全開とされる。これにより、第１吸気ポート９Ａだけでなく第２吸気ポート９Ｂが完全に開放されて、エンジンの充填効率が高められる。

（３）ＳＩ率について
上述したように、本実施形態では、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とをミックスしたＳＰＣＣＩ燃焼は、第１ないし第３運転領域Ａ１〜Ａ３で実行されるが、このＳＰＣＣＩ燃焼では、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼との比率を運転条件に応じてコントロールすることが重要である。

本実施形態では、上記比率として、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率が用いられる。図６は、このＳＩ率を説明するための図であり、ＳＰＣＣＩ燃焼が起きた場合におけるクランク角の変化に対する熱発生率（Ｊ／ｄｅｇ）の変化を示している。図６の波形における変曲点Ｘは、燃焼形態がＳＩ燃焼からＣＩ燃焼に切り替わるときに現れる変曲点である。この変曲点Ｘに対応するクランク角θｃｉは、ＣＩ燃焼の開始時期と定義できる。このクランク角θｃｉ（ＣＩ燃焼の開始時期）よりも進角側に位置する熱発生率の波形の面積Ｒ１は、ＳＩ燃焼による熱発生量とされ、θｃｉよりも遅角側に位置する熱発生率の波形の面積Ｒ２は、ＣＩ燃焼による熱発生率とされる。これにより、（ＳＩ燃焼による熱発生量）／（ＳＰＣＣＩ燃焼による熱発生量）で定義される上記ＳＩ率は、上記各面積Ｒ１、Ｒ２を用いることによって、Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）と表せる（ＳＩ率＝Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２））。

ＳＩ率は、１サイクル中に燃焼室６に噴射される燃料の半分の質量（５０％質量分）が燃焼した時期である燃焼重心と相関がある。例えば、ＳＩ率が小さいほど、混合気が自着火により同時多発的に燃焼するＣＩ燃焼の割合が増えるので、平均的な燃焼速度が速くなり、燃焼重心が進角して圧縮上死点に近づく。このことは、熱効率の向上につながる一方で、燃焼騒音の増大を招くことになる。逆に、ＳＩ率が高い（ＣＩ燃焼の割合が小さい）ほど、平均的な燃焼速度が遅くなるので、燃焼重心が遅角して圧縮上死点から遠ざかる。このことは、燃焼騒音の抑制につながる一方で、熱効率の低下を招くことになる。本実施形態では、このようなＳＩ率と燃焼重心との相関性を考慮して、燃焼騒音を許容レベル以下に抑えつつ高い熱効率が得られる最適な燃焼重心が目標燃焼重心として予め定められるとともに、この目標燃焼重心に対応する最適なＳＩ率が目標ＳＩ率として予め定められている。

ここで、目標燃焼重心は、エンジンの運転条件（回転速度／負荷）に応じて変化する。例えば、熱発生量の多い高負荷条件のとき、燃料の噴射量が多く燃焼室６内でのトータルの熱発生量が大きい（言い換えると燃焼騒音が大きくなり易い）ため、熱発生量の少ない低負荷条件のときと比べて、燃焼騒音を抑えるべく燃焼重心を圧縮上死点から大きく遅角させる必要がある。逆に、低負荷条件のとき、高負荷条件のときに比べて、熱発生量が小さく燃焼騒音が大きくなり難いので、熱効率を高めるべく燃焼重心を進角側に設定することが望ましい。このことから、目標燃焼重心は、総じて、負荷が高いほど遅角側に（言い換えると負荷が低いほど進角側に）設定される。また、単位時間あたりのクランク角の進行量がエンジン回転速度に応じて変化することから、騒音および熱効率を考慮した最適な燃焼重心は、回転速度によっても変化する。このため、目標燃焼重心は、負荷だけでなく回転速度によっても可変的に設定される。

このように、ＳＰＣＣＩ燃焼における目標燃焼重心は、エンジンの回転速度および負荷に応じて変化するので、これに合わせて、目標ＳＩ率も回転速度および負荷に応じて可変的に設定される。例えば、上述したように、目標燃焼重心は、負荷が高いほど遅角側に存在するので、これに合わせて、目標ＳＩ率は、負荷が高いほど大きくなるように（言い換えると負荷が高いほどＣＩ燃焼の割合が減少するように）設定される。

そして、本実施形態では、上記のように設定される目標燃焼重心および目標ＳＩ率が実現されるように、点火プラグ１６による点火時期、燃料の噴射量／噴射時期、および筒内状態量といった制御量の目標値が、それぞれ運転条件（回転速度と負荷との組合せで定義される運転点）に応じて予め定められている。なお、前記筒内状態量は、例えば、燃焼室６内の温度やＥＧＲ率等である。ＥＧＲ率には、燃焼室６内の全ガスに対する外部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）の割合である外部ＥＧＲ率と、燃焼室６内の全ガスに対する内部ＥＧＲガス（燃焼室６に残留する既燃ガス）の割合である内部ＥＧＲ率とが含まれる。

例えば、点火プラグ１６による点火時期（火花点火の時期）が進角されるほど、多くの燃料がＳＩ燃焼により燃焼することになり、ＳＩ率が高くなる。また例えば、燃料の噴射時期が進角されるほど、多くの燃料がＣＩ燃焼により燃焼することになり、ＳＩ率が低くなる。あるいは、燃焼室６の温度が高くなるほど、多くの燃料がＣＩ燃焼により燃焼することになり、ＳＩ率が低くなる。さらに、ＳＩ率の変化は、燃焼重心の変化を伴うので、これらの各制御量（点火時期、噴射時期、筒内温度等）の変化は、燃焼重心を調整する要素となる。

上記傾向に基づいて、本実施形態では、点火時期、燃料の噴射量／噴射時期および筒内状態量（温度、ＥＧＲ率等）の各目標値が、上述した目標燃焼重心および目標ＳＩ率を実現可能な組合せになるように運転条件ごとに予め定められている。ＳＰＣＣＩ燃焼によるエンジンの稼働の場合、制御処理部１００は、これら制御量の各目標値に基づいて、インジェクタ１５、点火プラグ１６、ＥＧＲ弁５３、吸・排気ＶＶＴ１３ａ、１４ａ等を制御する。例えば、制御処理部１００は、点火時期の目標値に基づいて点火プラグ１６を制御するとともに、燃料の噴射量／噴射時期の目標値に基づいてインジェクタ１５を制御する。制御処理部１００は、燃焼室６の温度およびＥＧＲ率の各目標値に基づいてＥＧＲ弁５３および吸・排気ＶＶＴ１３ａ，１４ａを制御し、ＥＧＲ通路５１を通じた排気ガス（外部ＥＧＲガス）の還流量や内部ＥＧＲによる既燃ガス（内部ＥＧＲガス）の残留量を調整する。

なお、目標燃焼重心および目標ＳＩ率がエンジンの運転条件ごとに予め定められている本実施形態では、これら目標燃焼重心および目標ＳＩ率に適合する燃焼が行われた場合のＣＩ燃焼の開始時期θｃｉもおのずと定まっていることになる。以下の説明では、このように目標燃焼重心および目標ＳＩ率に基づき定まっているＣＩ燃焼の開始時期は、「標準θｃｉ」と呼称する。この標準θｃｉは、後述するフローチャート（図７の処理Ｓ４）において目標θｃｉを決定するときの基準となる。

（４）燃焼騒音指標値に基づいたＳＰＣＣＩ燃焼時の制御
図７は、ＳＰＣＣＩ燃焼時での制御処理部によって実行される制御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、制御処理部１００は、まず、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ＳＮ９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、インジェクタ１５からの燃料の噴射量および噴射時期を決定する（Ｓ１）。なお、上述から理解されるように、この決定される燃料の噴射量／噴射時期は、前記目標燃焼重心および目標ＳＩ率を実現するための噴射量／噴射時期である。

次に、制御処理部１００は、現時点の運転条件下で燃焼騒音に関して許容できる、筒内圧の上限値である基準値Ｗ（図９）を決定する（Ｓ２）。より具体的には、制御処理部１００は、アクセルセンサＳＮ９の検出値（アクセル開度）等から特定されるエンジン負荷と、車速センサＳＮ１０により検出される車速と、図９に示されるマップＭ１とに基づいて、基準値Ｗを特定する。

図９のマップＭ１は、基準値Ｗを車速／エンジン負荷ごとに規定したマップであり、制御処理部１００に予め記憶されている。このマップＭ１は、エンジン負荷を所定の低負荷に固定したまま車速を変化させたときの基準値Ｗ１を規定した第１の特性Ｑ１と、エンジン負荷を所定の高負荷に固定したまま車速を変化させたときの基準値Ｗ２を規定した第２の特性Ｑ２とを含む。低負荷用の第１の特性Ｑ１に規定される基準値Ｗ１よりも、高負荷用の第２の特性Ｑ２に規定される基準値Ｗ２の方が大きくなるように設定される。第１の特性Ｑ１（および第２の特性Ｑ２）は、いずれも、車速が高くなるほど基準値Ｗ１（Ｗ２）が大きくなる右上がりの傾向を有している。高負荷用の第２の特性Ｑ２は、車速に対する基準値Ｗ２の変化率（波形の傾き）がいずれの車速においても概ね同じとなる正比例に近い特性を有している。これに対し、低負荷用の第１の特性Ｑ１は、車速が所定値Ｖ０未満の領域（低車速域）での基準値Ｗ１の変化率が、所定値Ｖ０以上の領域（高車速域）での基準値Ｗ１の変化率よりも大きくなる非線形な特性を有している。

前記処理Ｓ２では、制御処理部１００は、上記各センサＳＮ８、ＳＮ９の検出値等から特定される現時点の車速およびエンジン負荷（現運転条件）を上記図９のマップＭ１に照合することにより、現運転条件に対応する基準値Ｗを特定する。より詳しくは、制御処理部１００は、低負荷用の第１の特性Ｑ１上の値から現時点の車速に対応する基準値Ｗ１を特定するとともに、高負荷用の第２の特性Ｑ２上の値から現時点の車速に対応する基準値Ｗ２を特定し、さらに、これら２つの基準値Ｗ１、Ｗ２を用いた線形補間により、現運転条件に対応する基準値Ｗを特定する。例えば、現時点のエンジン負荷が第１の特性Ｑ１に対応する負荷と第２の特性Ｑ２に対応する負荷との中間値であった場合には、基準値Ｗ１と基準値Ｗ２との中間値が、現運転条件に対応する基準値Ｗとして特定される。また、現時点のエンジン負荷が第１の特性Ｑ１に対応する負荷よりも低い（もしくは第２の特性Ｑ２に対応する負荷よりも高い）場合には、基準値Ｗ１よりも低い値（基準値Ｗ２よりも高い値）が、現運転条件に対応する基準値Ｗとして特定される。

上述した各特性Ｑ１、Ｑ２の特徴より、基準値Ｗは、車速／エンジン負荷が高いほど大きい値に設定される。すなわち、基準値Ｗは、車速およびエンジン負荷のいずれが高くなっても大きくなる値であり、車速およびエンジン負荷がともに低い条件のときが最も小さく、車速およびエンジン負荷がともに高い条件のときが最も大きくなる。これは、低車速・低負荷の条件であるほど小さな燃焼騒音でも感知され易い（逆に言えば高車速・高負荷の条件であるほど大きな燃焼騒音でも感知され難い）からである。

図７に戻って、次に、制御処理部１００は、前記処理Ｓ２で特定された現運転条件に対応する基準値Ｗから、気筒の筒内圧に関するヒストグラムの標準偏差σに基づく余裕代ｙを差し引いた値を、最終基準値Ｗｘ（＝Ｗ−ｙ）として決定する（Ｓ３）。この気筒の筒内圧に関するヒストグラムの標準偏差σの演算手法は、後述する。前記余裕代ｙは、１σであっても良いが（ｙ＝１σ）、分布の９９．７３％をカバーできる観点から、好ましくは、３σである（ｙ＝３σ）。このように標準偏差を考慮して最終基準値Ｗｘを決定するのは、燃焼サイクルごとの燃焼騒音のばらつきが大きいにもかかわらず同一の基準値Ｗを採用したとすると、基準値Ｗを超えるような大きな騒音の燃焼が偶発的に起きる可能性が高くなるからである。

次に、制御処理部１００は、目標とするＣＩ燃焼の開始時期である目標θｃｉを決定する。この目標θｃｉは、ＳＩ燃焼からＣＩ燃焼に切り替わるクランク角（図６に示したクランク角θｃｉ）の目標値であり、最終基準値Ｗｘ以下に抑えることを目的に決定される。

図８は、図７に示す処理Ｓ４の詳細を示すサブルーチンである。このサブルーチンに示す制御がスタートすると、制御処理部１００は、まず、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ＳＮ９の検出値等から特定されるエンジン負荷と、前記処理Ｓ３で決定された最終基準値Ｗｘと、図１０に示されるマップＭ２とに基づいて、最終基準値Ｗｘ以下に抑え得る限界のＣＩ燃焼の開始時期であるθｃｉ限界を決定する。より具体的には、制御処理部１００は、前記処理Ｓ３で決定された最終基準値Ｗｘを図１０のマップＭ２に照合することにより、当該最終基準値Ｗｘに一致するようなθｃｉを、前記θｃｉ限界として特定する。

図１０のマップＭ２は、θｃｉ（ＣＩ燃焼の開始時期）と最終基準値Ｗｘとの標準的な関係を規定したマップであり、制御処理部１００に予め記憶されている。より具体的には、マップＭ２は、エンジン回転速度を一定（Ｎ１）としかつエンジン負荷を種々変化させた場合に得られる最終基準値Ｗｘの標準的な特性を規定しており、横軸は、θｃｉを、縦軸は、最終基準値Ｗｘをそれぞれ表している。なお、図１０では便宜上、低負荷、中負荷、高負荷の３種類の負荷のみを示しているが、これら３種類の負荷以外における特性も上記マップＭ２には含まれている。また、上記マップＭ２は、エンジン回転速度を一定（Ｎ１）とした場合のマップであるが、これとは異なる種々のエンジン回転速度に対し作成されたマップも、上記マップＭ２と同様にそれぞれ制御処理部１００に記憶されている。なお、エンジン回転速度／負荷がマップＭ２に規定されていない値である場合には、例えば線形補間により最終基準値Ｗｘが求められる。

次に、制御処理部１００は、前記処理Ｓ２１で決定されたθｃｉ限界が、予め定められた標準θｃｉよりも遅角側であるか否かを判定する（Ｓ２２）。この判定の結果、θｃｉ限界が標準θｃｉよりも遅角側である場合（ＹＥＳ）には、制御処理部１００は、θｃｉ限界を目標θｃｉとして決定し（Ｓ２３）、本サブルーチンを終了する。一方、前記判定の結果、θｃｉ限界が標準θｃｉよりも遅角側でない場合（ＮＯ、すなわちθｃｉ限界と標準θｃｉとが同一であるかもしくはθｃｉ限界が標準θｃｉよりも進角側である場合）には、制御処理部１００は、標準θｃｉを目標θｃｉとして決定し（Ｓ２４）、本サブルーチンを終了する。

図７に戻って、次に、制御処理部１００は、クランク角センサＳＮ１の検出値に基づいて、予め定められた特定クランク角が到来したか否かを判定する（Ｓ５）。この特定クランク角は、点火プラグ１６による点火時期を決定するタイミングとして予め定められたものであり、例えば圧縮上死点前６０°ＣＡ程度に定められている。この判定の結果、特定クランク角が到来した場合（ＹＥＳ）には、制御処理部１００は、次に、処理Ｓ６を実行し、一方、前記判定の結果、特定クランク角が到来していない場合（ＮＯ）には、制御処理部１００は、処理を処理Ｓ５に戻す。すなわち、特定クランク角が到来するまで、この処理Ｓ５が繰り返し実行される。

前記処理Ｓ６では、制御処理部１００は、前記処理Ｓ４で決定された目標θｃｉを実現するための点火時期を決定する。ここで、本実施形態では、エンジンの運転条件ごとに、目標燃焼重心および目標ＳＩ率と、これら目標燃焼重心および目標ＳＩ率に対応する標準θｃｉと、標準θｃｉを実現するための点火時期、燃料の噴射量／噴射時期、および筒内状態量（温度、ＥＧＲ率等）の各目標値が予め定められているので、制御処理部１００は、これらの各目標値を基準に点火時期を決定することができる。例えば、標準θｃｉと目標θｃｉとのずれ量と、上記特定クランク角時点での筒内状態量とに基づいて、目標θｃｉを実現するための点火時期が決定される。

すなわち、標準θｃｉと目標θｃｉとのずれ量が大きいほど、標準θｃｉに対応して定められた点火時期の当初の目標値（以下、デフォルト点火時期という）から大きくずらした時期を点火時期として決定する必要がある。また、上記特定クランク角時点での筒内状態量がその目標値から大きくずれているほど、やはりデフォルト点火時期から大きくずらした時期を点火時期として決定する必要がある。一方、本実施形態では、燃料の噴射量／噴射時期として当初の目標値がそのまま採用されるので、これら燃料の噴射量／噴射時期のずれ量は、考慮しなくてよい。前記処理Ｓ６では、制御処理部１００は、以上のような事情に基づき予め用意された所定の演算式を用いて、標準θｃｉと目標θｃｉとのずれ量と、筒内状態量の目標値に対するずれ量とから、点火プラグ１６による点火時期を決定する。筒内状態量つまり燃焼室６の温度やＥＧＲ率等は、例えば吸気温センサＳＮ５、吸気圧センサＳＮ６、差圧センサＳＮ８等の検出値から予測することができる。

次に、制御処理部１００は、前記処理Ｓ６で決定された点火時期にて点火プラグ１６を点火し、この点火をきっかけに混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させる（Ｓ７）。

このような動作がＳＰＣＣＩ燃焼での各燃焼サイクルごとに実施される。

（５）気筒の筒内圧に関するヒストグラムの標準偏差の演算
気筒の筒内圧に関するヒストグラムの標準偏差等を処理するために、制御処理部１００には、制御処理プログラムおよび前記制御プログラムを実行する上で必要な種々の所定のデータが予め記憶されている。この制御処理プログラムは、エンジンの各部を当該各部の機能に応じて制御する制御プログラム、燃焼サイクルにおいて筒内圧センサＳＮ３で測定される筒内圧のヒストグラムの標準偏差を求める標準偏差処理プログラム、所定の運転点において、今回の燃焼サイクルより前に前記標準偏差処理プログラムで求められた標準偏差を、前記今回の燃焼サイクルにおいて前記標準偏差処理プログラムで求められた標準偏差に基づいて更新する標準偏差更新プログラム、前記標準偏差更新プログラムで更新された標準偏差に基づいて前記気筒の筒内圧の上限値を求める上限値処理プログラム、および、前記所定の運転点において、前記上限値処理プログラムで求めた上限値以下となるように前記内燃機関を制御する燃焼制御プログラム等を含む。前記所定のデータは、上述や後述の運転条件ごとに予め定められた各関係、上述のマップＭ１、Ｍ２および前回の燃焼サイクルまでの標準偏差等を含む。そして、制御処理部１００には、前記制御処理プログラムの実行により、図４に示すように、制御部１０１、標準偏差処理部１０２、標準偏差更新部１０３、上限値処理部１０４および燃焼制御部１０５が機能的に構成される。さらに、制御処理部１００には、各運転点ごとに対応付けて、前記前回の燃焼サイクルまでの各標準偏差を記憶する標準偏差記憶部１０６が機能的に構成されている。

制御部１０１は、エンジンの各部を当該各部の機能に応じて制御し、エンジンの全体制御を司るものである。

標準偏差処理部１０２は、燃焼サイクルにおいて筒内圧センサＳＮ３で測定される筒内圧のヒストグラムの標準偏差を求めるものである。筒内圧のヒストグラムは、正規分布である場合もあるが、例えば、ノッキングや失火等によって、前記ヒストグラムが正規分布であるとみなせない非正規分布である場合がある。このため、より具体的には、標準偏差処理部１０２は、次のように今回の燃焼サイクルでの標準偏差を求めている。

図１１は、一例として、所定の１つの運転点での筒内圧のヒストグラムを示す図である。図１１の横軸は、筒内圧であり、その縦軸は、頻度である。図１２は、関数Ｆ（ａ）のグラフである。図１２の横軸は、ａであり、その縦軸は、Ｆ（ａ）である。

筒内圧のヒストグラムは、例えば、図１１に示すように、最頻の筒内圧ｍに対し、非対称となっている。このような筒内圧のヒストグラムを、破線αで示すように、正規分布とみなすことは、難しい。なお、図示を省略するが、筒内圧のヒストグラムは、正規分布となる場合もある。そこで、本実施形態では、この非正規分布の筒内圧のヒストグラムは、最頻の筒内圧ｍで、筒内圧が最頻の筒内圧ｍ以下である−側ヒストグラム（ｘ≦ｍ）と、筒内圧が最頻の筒内圧ｍを超えている＋側ヒストグラム（ｍ＜ｘ）とに、２個に分割され、前記−側ヒストグラムおよび前記＋側ヒストグラムは、それぞれ、実線β₋、β_＋で示すように、正規分布とみなされ、前記非正規分布の筒内圧のヒストグラムは、これら実線β₋、β_＋から成る実線βで表すことにする。これにより、筒内圧のヒストグラムは、筒内圧をｘとし、前記−側ヒストグラムの標準偏差をｓ₋とし、前記＋側ヒストグラムの標準偏差をｓ_＋とすると、次式１で表すことができる。なお、式１は、ｓ₋＝ｓ_＋である場合、正規分布となるため、式１は、非正規分布だけでなく、正規分布も含む。

各筒内圧は、或る確率で発生するので、筒内圧のヒストグラムは、確率分布と見ることができる。確率論では、期待値は、１次のモーメントで表すことができ、分散σ^２（＝ｓ^２、ｓ₋ ^２、ｓ_＋ ^２）は、１次のモーメントと２次のモーメントで表すことができる。モーメントは、データの分布の仕方を示すものである。前記式１の１次ないし３次の各モーメントＥ［ｘ］、Ｅ［ｘ^２］、Ｅ［ｘ^３］は、それぞれ、次式２ないし式４となる。なお、式２ないし式４の中で、√は、２／πのみにかかる。

そこで、ｙ＝ｘ、ｘ^２、ｘ^３としてＥ［ｙ］をＥ［ｙ⁻ _ｎ］で近似して逐次推定することにより、前記式２ないし式４の連立方程式を解くことによって、ｍ、ｓ₋、ｓ_＋を求めることができる。ここで、Ｅ［ｙ⁻ _ｎ］は、次式５で定義される。

ここで、Ｅ［ｙ⁻ _ｎ］は、ｘ、ｘ^２、ｘ^３それぞれのｎ燃焼サイクル目の期待値であり、Ｅ［ｙ⁻ _ｎ−１］は、ｘ、ｘ^２、ｘ^３それぞれの直近のｎ−１燃焼サイクルまでの期待値である。ｍｉｎ（Ａ、Ｂ）は、Ａ、Ｂの中で小さい方を出力する演算子であり、ｎ_ｍａｘは、逐次推定する際に用いられる過去のデータの個数である（例えば、直近の過去に取得された１００個のデータを逐次推定で用いる場合ではｎ_ｍａｘは、１００である）。

しかしながら、実際（現実）の筒内圧のヒストグラムは、厳密には式１で表せないので、前記式２ないし式４の連立方程式の解は、存在しない場合が有り得、非線形の連立方程式の解を求める情報処理は、煩雑となる。そこで、１次ないし３次の各モーメントＥ［ｘ］、Ｅ［ｘ^２］、Ｅ［ｘ^３］で、次式６、７のように、Ｍ_２、Ｍ_３が定義される。

さらに、ｓ₋、ｓ_＋が、ａ、ｓ_０でｓ₋＝（１−ａ）ｓ_０、ｓ_＋＝（１＋ａ）ｓ_０と定義されると、Ｍ_２、Ｍ_３は、次式８のように、ａの関数Ｆ（ａ）で表すことができる。

Ｍ_２、Ｍ_３は、上述のように、逐次推定で求められるＥ［ｙ］（ｙ＝ｘ、ｘ^２、ｘ^３）から、式６、７を用いて逐次推定できるから、関数Ｆ（ａ）の値は、Ｍ_３／（Ｍ_２）^{（３／２）}から求めることができる。関数Ｆ（ａ）の値が求められると、前記式８からａの値を求めることができる。実際には、関数Ｆ（ａ）は、図１２に示すように、単調増加関数であるので、関数Ｆ（ａ）の値とａの値とを互いに対応付けたルックアップテーブルを予め用意して前記所定のデータの１つとして制御処理部１００に記憶しておくことにより、標準偏差処理部１０２は、逐次推定のＭ_３／（Ｍ_２）^{（３／２）}で求めた関数Ｆ（ａ）の値から、前記ルックアップテーブルを参照することにより、ａの値を求めることができる。

ここで、逐次推定のＭ_３／（Ｍ_２）^{（３／２）}で求めた関数Ｆ（ａ）の値は、±１の範囲を超える場合が有り得、また、３σ（＝３ｓ、３ｓ₋、３ｓ_＋）を推定する目的に合わない程、非対称な分布に計算結果が成ってしまう可能性もある。このため、ａの値は、所定の数値範囲に制限される。すなわち、関数Ｆ（ａ）の値が第１所定値以上では、前記ａの数値範囲の上限値にクリップされ、関数Ｆ（ａ）の値が第２所定値以下では、前記ａの数値範囲の下限値にクリップされる。このａの数値範囲は、複数のサンプルから予め適宜に設定され、例えば、±０．７、±０．７５、±０．８等に設定され、前記第１所定値は、前記ａの数値範囲の上限値におけるＦ（ａ）の値であり、前記第２所定値は、前記ａの数値範囲の下限値におけるＦ（ａ）の値である。

一方、Ｍ_２は、前記式６から、ａ、ｓ_０を用いて次式９のように表すことができ、Ｍ_２は、前記式６により、逐次推定で求められるＥ［ｘ］、Ｅ［ｘ^２］から、逐次推定できる。したがって、標準偏差処理部１０２は、逐次推定で求められるＭ_２と上述のように求めたａとから、この式９によりｓ_０を求めることができる。したがって、このように求めたａ、ｓ_０から、標準偏差処理部１０２は、ｓ₋＝（１−ａ）ｓ_０、ｓ_＋＝（１＋ａ）ｓ_０によってｓ₋、ｓ_＋を求めることができる。

さらに、ｓ₋、ｓ_＋が求まると、標準偏差処理部１０２は、前記式２から、ｍを求めることができる。

このように標準偏差処理部１０２は、ｍ、ｓ₋、ｓ_＋を求めることができる。例えば、図１１に示すように、最頻の筒内圧ｍが中央より高圧側に寄ったヒストグラムでは、このように求めた標準偏差ｓ_＋の３ｓ_＋は、正規分布とみなして求めた標準偏差ｓの３ｓよりも、図１１から分かるように、より適正である。上述の処理Ｓ３では、最終基準値Ｗｘは、基準値から標準偏差（好ましくは標準偏差の３倍）を減算することによって求められたが、正規分布とみなして求めた標準偏差ｓと非正規分布の場合を考慮して求めた標準偏差ｓ_＋との差分だけ、余裕代を大きく取り過ぎていたことが分かる。したがって、本実施形態では、これ応じた熱効率の改善が期待できる。

そして、本実施形態では、標準偏差処理部１０２は、前記今回の燃焼サイクルにおける筒内温に基づいて、前記今回の燃焼サイクルにおいて筒内圧センサＳＮ３で測定される筒内圧のヒストグラムが正規分布か否かを判定し、判定結果に応じて前記今回の燃焼サイクルにおける標準偏差を求めている。

図１３は、一例として、ノッキングおよび失火における筒内圧の各ヒストグラムを示す図である。図１３Ａは、ノッキングが生じた場合における筒内圧のヒストグラムを示し、図１３Ｂは、失火が生じた場合における筒内圧のヒストグラムを示す。図１３Ａおよび図１３Ｂの各横軸は、筒内圧であり、各縦軸は、頻度である。

筒内温が比較的高い場合、ノッキングが起こり易く、この結果、筒内圧のヒストグラムが正規分布ではないことが多い。例えば、ノッキングが生じた場合における筒内圧のヒストグラムは、図１３Ａに示すように、最頻の筒内圧ｍよりも高圧側の裾が伸びたプロファイルを持つ非正規分布となる。このため、本実施形態では、標準偏差処理部１０２は、前記今回の燃焼サイクルにおいて筒内温が所定の第１閾値温度以上である場合に、前記今回の燃焼サイクルにおいて筒内圧センサＳＮ３で測定される筒内圧のヒストグラムが正規分布ではないと判定する。前記筒内温は、本実施形態では、エンジン水温、吸気温および排気温と筒内温との対応関係が予め求められ、前記対応関係が制御処理部１００に記憶され、水温センサＳＮ２、吸気温センサＳＮ５および排気温センサＳＮ７それぞれで測定されたエンジン水温、吸気温および排気温から前記対応関係に基づいて制御処理部１００によって求められる。このように本実施形態では、水温センサＳＮ２、吸気温センサＳＮ５、排気温センサＳＮ７および制御処理部１００は、前記気筒の筒内温を測定する筒内温測定部の一例に相当する。あるいは、制御処理部１００に接続された、筒内温を測定する温度センサが筒内温センサとして筒内圧センサＳＮ３と併せて設けられても良い。前記所定の第１閾値温度は、運転点ごとに、複数のサンプルから予め適宜に設定され、複数の運転点それぞれに対応付けられて複数の第１閾値温度が前記所定のデータの１つとして制御処理部１００に記憶される。したがって、標準偏差処理部１０２は、今回の運転点に対応する第１閾値温度を用いて上述の判定を実施する。

そして、筒内温が比較的低い場合、例えば失火等により燃焼が不安定に成り易く、この結果、筒内圧のヒストグラムが正規分布ではないことが多い。例えば、失火が生じた場合における筒内圧のヒストグラムは、図１３Ｂに示すように、最頻の筒内圧ｍよりも低圧側の裾が伸びたプロファイルとなる。このため、本実施形態では、標準偏差処理部１０２は、前記今回の燃焼サイクルにおいて筒内温が前記第１閾値温度より低い所定の第２閾値温度以下である場合に、前記今回の燃焼サイクルにおいて筒内圧センサＳＮ３で測定される筒内圧のヒストグラムが正規分布ではないと判定する。前記所定の第２閾値温度は、運転点ごとに、複数のサンプルから予め適宜に設定され、複数の運転点それぞれに対応付けられて複数の第２閾値温度が前記所定のデータの１つとして制御処理部１００に記憶される。したがって、標準偏差処理部１０２は、今回の運転点に対応する第２閾値温度を用いて上述の判定を実施する。

上述から、本実施形態では、標準偏差処理部１０２は、前記今回の燃焼サイクルにおいて筒内温が前記第２閾値温度を超え、前記第１閾値温度未満である場合に、前記今回の燃焼サイクルにおいて筒内圧センサＳＮ３で測定される筒内圧のヒストグラムが正規分布であると判定する。

なお、本実施形態では、上述のように、筒内温の高温側および低温側それぞれで、筒内圧のヒストグラムが正規分布ではないと判定されたが、この判定は、筒内温の高温側および低温側のうちのいずれか一方で実施されても良い。すなわち、標準偏差処理部１０２は、前記今回の燃焼サイクルにおいて筒内温が前記第１閾値温度以上である場合に、前記今回の燃焼サイクルにおいて筒内圧センサＳＮ３で測定される筒内圧のヒストグラムが正規分布ではないと判定し、一方、前記筒内温が前記第１閾値温度未満である場合に、前記ヒストグラムが正規分布であると判定して良い。また、標準偏差処理部１０２は、前記今回の燃焼サイクルにおいて筒内温が前記第２閾値温度以下である場合に、前記今回の燃焼サイクルにおいて筒内圧センサＳＮ３で測定される筒内圧のヒストグラムが正規分布ではないと判定し、一方、前記筒内温が前記第２閾値温度を超える場合に、前記ヒストグラムが正規分布であると判定して良い。

このような判定によって、前記筒内圧のヒストグラムが正規分布であると判定された場合、標準偏差処理部１０２は、上述のように求めた標準偏差ｓ₋、ｓ_＋をそのまま最終的な標準偏差ｓ₋、ｓ_＋とする。一方、前記判定によって前記筒内圧のヒストグラムが正規分布ではないと判定された場合、標準偏差処理部１０２は、上述のように求めた標準偏差ｓ₋と標準偏差ｓ_＋との差分△ｓ（＝｜ｓ₋−ｓ_＋｜）を求め、上述のように求めた標準偏差ｓ₋、ｓ_＋それぞれを前記差分△ｓに基づいて補正して最終的な標準偏差ｓ₋、ｓ_＋を求める。より具体的には、標準偏差処理部１０２は、例えば、標準偏差ｓ₋、ｓ_＋それぞれから差分△ｓを減算することで前記補正を行う（ｓ₋←ｓ₋−△ｓ、ｓ_＋←ｓ_＋−△ｓ）。なお、標準偏差処理部１０２は、差分△ｓに所定値を乗算した乗算結果を標準偏差ｓ₋、ｓ_＋それぞれから減算することで前記補正を行っても良い。上述のように、非正規分布のヒストグラムを、正規分布の−側ヒストグラムと＋側ヒストグラムから成るとみなしているので、標準偏差ｓ₋、ｓ_＋は、ヒストグラム全体が正規分布とみなして求めた標準偏差ｓよりも適正であるが、必ずしも真値であるとは限らない。そこで、本実施形態では、その真値は、少なくとも、ヒストグラム全体が正規分布とみなして求めた標準偏差ｓより低圧側に存在するので、上述のように、標準偏差ｓ₋、ｓ_＋が、正規分布からのずれ分を反映している差分△ｓで補正されている。

標準偏差更新部１０３は、所定の運転点において、今回の燃焼サイクルより前に標準偏差処理部１０２で求められた標準偏差ｓ₋、ｓ_＋を、前記今回の燃焼サイクルにおいて標準偏差処理部１０２で求められた最終的な標準偏差ｓ₋、ｓ_＋に基づいて更新するものである。より具体的には、標準偏差更新部１０３は、今回の運転点に対応付けられて標準偏差記憶部１０６に記憶されている前回の燃焼サイクルまでの標準偏差ｓ₋の分散と、上述のように求めた今回の燃焼サイクルの最終的な標準偏差ｓ₋の分散との平均を求め、この求めた平均の分散から更新後の今回の燃焼サイクルでの標準偏差ｓ₋を求める。次回の燃焼サイクルの際に前回の燃焼サイクルまでの標準偏差ｓ₋として用いるために、標準偏差更新部１０３は、この求めた更新後の今回の燃焼サイクルでの標準偏差ｓ₋を今回の運転点に対応付けて標準偏差記憶部１０６に記憶する。同様に、標準偏差更新部１０３は、今回の運転点に対応付けられて標準偏差記憶部１０６に記憶されている前回の燃焼サイクルまでの標準偏差ｓ_＋の分散と、上述のように求めた今回の燃焼サイクルの最終的な標準偏差ｓ_＋の分散との平均を求め、この求めた平均の分散から更新後の今回の燃焼サイクルでの標準偏差ｓ_＋を求める。次回の燃焼サイクルの際に前回の燃焼サイクルまでの標準偏差ｓ_＋として用いるために、標準偏差更新部１０３は、この求めた更新後の今回の燃焼サイクルでの標準偏差ｓ_＋を今回の運転点に対応付けて標準偏差記憶部１０６に記憶する。

上限値処理部１０４は、標準偏差更新部１０３で更新された更新後の標準偏差に基づいて気筒の筒内圧の上限値を求めるものである。より具体的には、筒内圧の上限値を求めるため、前記＋側ヒストグラムの標準偏差ｓ_＋が用いられ、上限値処理部１０４は、標準偏差更新部１０３で更新された更新後の標準偏差ｓ_＋に基づいて気筒の筒内圧の上限値を求める。より詳しくは、前記上限値は、上述の処理Ｓ３で説明したように、この更新後の標準偏差ｓ_＋（＝σ）に基づく余裕代ｙを、前記処理Ｓ２で特定された基準値Ｗから差し引くことで求められる（上限値＝最終基準値Ｗｘ）。すなわち、本実施形態では、上限値処理部１０４は、上述の処理Ｓ３を実行する。

なお、上述では、標準偏差更新部１０３は、標準偏差ｓ₋も更新したが、上限値処理部１０４は、標準偏差ｓ₋を利用しないので、標準偏差更新部１０３は、標準偏差ｓ_＋のみを処理対象とし、標準偏差ｓ₋を処理対象としなくても良い。

燃焼制御部１０５は、前記所定の運転点において、上限値処理部１０４で求めた上限値以下となるように内燃機関（本実施形態では部分圧縮着火式エンジン）を制御するものである。本実施形態では、燃焼制御部１０５は、上述の処理Ｓ１、処理Ｓ２、処理Ｓ４、処理Ｓ５、処理Ｓ６および処理Ｓ７の各処理を実行する。

図１４は、標準偏差を求める処理を示すフローチャートである。図１５は、一例として、実施形態の効果を説明するための図である。図１５の横軸は、燃焼サイクルであり、その縦軸は、筒内圧である。

このような各機能ブロックを備えた制御処理部１００は、各燃焼サイクルごとに、筒内圧の標準偏差の演算に関し、次のように動作する。

図１４において、まず、制御処理部１００は、標準偏差処理部１０２によって、今回の運転点、筒内圧および筒内温としてエンジン水温を取得する（Ｓ４１）。より具体的には、標準偏差処理部１０２は、クランク角センサＳＮ１の検出信号からエンジン回転速度を求め、アクセルセンサＳＮ９の検出信号（アクセル開度）やエアフローセンサＳＮ４の検出信号（吸気流量）等からエンジン負荷を求め、今回の運転点を求め、筒内圧センサＳＮ３、水温センサＮＳ２、吸気温センサＳＮ５および排気温センサＳＮ７それぞれの各検出信号（筒内圧、エンジン水温、吸気温および排気温）を取得する。この取得の工程Ｓ４１は、例えば、圧縮上死点を０度とした場合におけるクランク角が所定の角度、例えば１８０度になったタイミングで実行される。

次に、制御処理部１００は、標準偏差処理部１０２によって、標準偏差を求める（Ｓ４２）。より具体的には、上述のように、標準偏差処理部１０２は、Ｅ［ｙ］をＥ［ｙ⁻ _ｎ］で近似して逐次推定することにより、第１ないし第３の各モーメントＥ［ｘ］、Ｅ［ｘ^２］、Ｅ［ｘ^３］を求め、これらから前記式６、７を用いてＭ_２、Ｍ_３を求め、Ｍ_３／（Ｍ_２）^{（３／２）}から関数Ｆ（ａ）の値を求め、この求めた関数Ｆ（ａ）の値から前記ルックアップテーブルに基づいてａを求め、Ｍ_２、ａからｓ_０を求め、ａ、ｓ_０から標準偏差ｓ₋、ｓ_＋を求め、この求めた各標準偏差ｓ₋、ｓ_＋を今回の運転点に対応付けて標準偏差記憶部１０６に記憶する。

次に、制御処理部１００は、標準偏差処理部１０２によって、前記筒内圧のヒストグラムが正規分布か否かを判定する（Ｓ４３）。より具体的には、上述のように、標準偏差処理部１０２は、水温センサＳＮ２、吸気温センサＳＮ５および排気温センサＳＮ７それぞれから処理Ｓ４１で取得したエンジン水温、吸気温および排気温から前記対応関係に基づいて筒内温を求め、この求めた筒内温と前記第１および第２閾値温度それぞれとを比較し、この求めた筒内温が前記第１閾値温度以上である場合には、正規分布ではない（非正規分布である）と判定し、前記求めた筒内温が前記第１閾値温度未満であって前記第２閾値温度を超えている場合には、正規分布であると判定し、前記求めた筒内温が前記第２閾値温度以下である場合には、正規分布ではない（非正規分布である）と判定する。この判定の結果、正規分布であると判定された場合（Ｙｅｓ）では、標準偏差処理部１０２は、次に、処理Ｓ４４を実行し、一方、前記判定の結果、正規分布ではないと判定された場合（Ｎｏ）では、標準偏差処理部１０２は、次に、処理Ｓ４５を実行する。

この処理Ｓ４４では、制御処理部１００は、標準偏差処理部１０２によって、正規分布での最終的な標準偏差を求め、次に、処理Ｓ４６を実行する。より具体的には、上述のように、標準偏差処理部１０２は、処理Ｓ４２で求めた標準偏差ｓ₋、ｓ_＋をそのまま最終的な標準偏差ｓ₋、ｓ_＋とする。

前記処理Ｓ４５では、制御処理部１００は、標準偏差処理部１０２によって、非正規分布での最終的な標準偏差を求め、次に、処理Ｓ４６を実行する。より具体的には、上述のように、標準偏差処理部１０２は、処理Ｓ４２で求めた標準偏差ｓ₋と標準偏差ｓ_＋との差分△ｓを求め、前記処理Ｓ４２で求めた標準偏差ｓ₋、ｓ_＋それぞれを前記差分△ｓに基づいて補正して最終的な標準偏差ｓ₋、ｓ_＋を求める。

この処理Ｓ４６では、制御処理部１００は、標準偏差更新部１０３によって、所定の運転点において、今回の燃焼サイクルより前に標準偏差処理部１０２で求められた標準偏差ｓ₋、ｓ_＋を、前記今回の燃焼サイクルにおいて標準偏差処理部１０２で求められた最終的な標準偏差ｓ₋、ｓ_＋に基づいて更新し、本処理を終了する。

このような更新後の標準偏差は、図７を用いて説明した上述の処理Ｓ１ないし処理Ｓ７で用いられる。

一例として、筒内圧の実データから、上述の手法により求めた標準偏差ｓ₋、ｓ_＋の３ｓ₋、３ｓ_＋が図１５に示されている。図１５には、前記筒内圧の実データが、正規分布とみなして求めた標準偏差ｓの３ｓも示されている。標準偏差ｓ_＋の３ｓ_＋の方が標準偏差ｓの３ｓより適切であることが、図１５から分かる。

以上説明したように、本実施形態は、筒内温に基づいて、今回の燃焼サイクルにおける筒内圧のヒストグラムが正規分布か否かを判定し、判定結果に応じて前記今回の燃焼サイクルにおける標準偏差を求めている。このため、本実施形態は、前記ヒストグラムが正規分布ではない場合でも、気筒の筒内圧の上限値を適切に設定できる。このように求めた標準偏差に基づき求めた前記気筒の筒内圧の上限値が、現実には非正規分布である前記ヒストグラムを正規分布と考えて求めた標準偏差に基づき求めた前記気筒の筒内圧の上限値より大きい場合では、これら上限値の差分に応じた熱効率の改善が見込まれる。したがって、本実施形態は、気筒の筒内圧の上限値を適切に設定できるため、燃焼騒音を許容値に収めつつ、熱効率を改善できる。

本実施形態によれば、内燃機関が一例として部分圧縮着火式エンジンであるので、気筒の筒内圧の上限値を適切に設定できる、部分圧縮着火式エンジンの制御方法および制御装置が提供できる。

本実施形態は、筒内温が前記第１閾値温度以上である場合に、筒内圧のヒストグラムが正規分布ではないと判定する。このため、本実施形態は、ノッキングに起因して前記ヒストグラムが正規分布ではない場合でも、気筒の筒内圧の上限値を適切に設定できる。

本実施形態は、筒内温が前記第２閾値温度以下である場合に、筒内圧のヒストグラムが正規分布ではないと判定する。このため、本実施形態は、不安定な燃焼に起因して前記ヒストグラムが正規分布ではない場合でも、気筒の筒内圧の上限値を適切に設定できる。

前記補正した第１標準偏差σの３倍に基づいて前記気筒の筒内圧の上限値が求められる場合（ｙ＝３σ）、このような実施形態は、前記気筒の筒内圧がばらついても前記気筒の筒内圧を上限値以下に押さえることができる。すなわち、このような実施形態は、燃焼騒音を許容範囲内に押さえることができる。

なお、上述の実施形態では、内燃機関が部分圧縮着火式エンジンであったが、これに限定されるものではなく、他の型式のエンジンであっても良い。例えば、内燃機関は、ディーゼルエンジンであっても良く、前記ディーゼルエンジンによる燃焼騒音を許容範囲内に収めるために、筒内圧の上限値の決定に、上述の各処理が利用されても良い。

また、上述の実施形態では、１燃焼サイクル中に燃焼室６に噴射される燃料の半分の質量（５０％質量分）が燃焼した時期である燃焼重心が用いられてが、これに限定されるものではなく、適宜に変更できる。すなわち、１燃焼サイクル中に前記気筒に供給される燃料のうち目標の質量割合（例えば４０％質量や６０％質量等）の燃料が燃焼した時期である目標質量燃焼時期が用いられても良い。

また、上述の実施形態では、前記式１が正規分布の場合も含むので、前記式１の各標準偏差ｓ₋、ｓ_＋を求めることによって、所定の運転点での１燃焼サイクルにおける筒内圧に関するヒストグラムを正規分布とした場合における第１標準偏差が求められたが、前記第１標準偏差は、正規分布の公式から求められも良い。より具体的には、分散ｓ^２（＝Ｍ_２）は、前記式６に示すように、２次のモーメントから１次のモーメントの２乗を減算することによって求められるから、標準偏差処理部１０２は、Ｅ［ｙ］をＥ［ｙ⁻ _ｎ］で近似して逐次推定することにより、第１および第２の各モーメントＥ［ｘ］、Ｅ［ｘ^２］を求め、２次のモーメントから１次のモーメントの２乗を減算することによって分散ｓ^２を求め（ｓ^２＝Ｅ［ｘ^２］−｛Ｅ［ｘ］｝^２）、この求めた分散ｓ^２の平方根を求めることによって第１標準偏差ｓを求めても良い。

第１および第２閾値温度に基づいて判定した判定結果が実際には、誤っている場合がある。そこで、上述の実施形態において、図４に破線で示すように、制御処理部１００は、筒内圧センサＳＮ３で測定された筒内圧に基づいて、前記処理Ｓ４３での標準偏差処理部１０２による判定結果の正否を判定する正否判定処理を複数実施し、この実施した複数の正否判定処理の結果に基づいて前記第１および第２閾値温度の少なくとも一方を修正する修正処理部１０７をさらに備えても良い。このような実施形態は、前記判定結果の正否を複数回判定し、この正否判定の判定結果に基づいて前記第１および第２閾値温度の少なくとも一方を修正するので、前記第１および第２閾値温度に基づいて筒内圧のヒストグラムが正規分布か否かをより適切に判定できるようになる。

より具体的には、まず、ノッキングが生じると、筒内圧に高周波振動が含まれる。このため、修正処理部１０７は、例えば、所定のサンプリング間隔で筒内圧センサＳＮ３の検知信号を取得し、この取得した今回の燃焼サイクルの検知信号に高周波振動を含むか否かを判定することによって、ノッキングの発生の有無を判定する。高周波信号が含まれている場合には、ノッキングの発生有りと判定される。高周波信号が含まれていない場合には、ノッキングの発生無しと判定される。次に、修正処理部１０７は、この筒内圧センサＳＮ３による判定結果と、前記処理Ｓ４３での標準偏差処理部１０２による判定結果とを比較することによって、前記処理Ｓ４３での標準偏差処理部１０２による判定結果の正否を判定する。修正処理部１０７は、このような正否判定処理を予め設定された所定の期間（修正判定期間）中に複数実施し、前記修正判定期間経過時の結果、筒内温が前記第１閾値温度未満であって前記第２閾値温度を超えていて正規分布（ノッキングが発生し難い）と判定したが、筒内圧センサＳＮ３による判定結果ではノッキングの発生有りと判定した第１不一致回数が予め設定された第１閾値回数以上である場合には、その筒内温度は、筒内圧のヒストグラムが非正規分布する温度であったと判定して、修正処理部１０７は、前記第１閾値温度を、予め設定された第１修正値だけ下げることによって前記第１閾値温度を修正する（第１閾値温度←第１閾値温度−第１修正値）。一方、前記結果、筒内温が前記第１閾値温度以上であって非正規分布（ノッキングが発生し易い）と判定したが、筒内圧センサＳＮ３による判定結果ではノッキングの発生無しと判定した第１一致回数が予め設定された第２閾値回数以上である場合に、修正処理部１０７は、前記第１閾値温度を、予め設定された第２修正値だけ上げることによって前記第１閾値温度を修正する（第１閾値温度←第１閾値温度＋第２修正値）。

そして、失火が生じると、実際の筒内圧が当該運転点で想定される筒内圧よりも下がる。このため、修正処理部１０７は、例えば、所定のクランク角のタイミングで筒内圧センサＳＮ３の検知信号を取得し、この取得した筒内圧が当該運転点で想定される筒内圧に基づく予め設定された閾値筒内圧よりも低いか否かを判定することによって、失火の発生の有無を判定する。前記筒内圧が前記閾値筒内圧よりも低い場合には、失火の発生有りと判定される。前記筒内圧が前記閾値筒内圧以上である場合には、失火の発生無しと判定される。次に、修正処理部１０７は、この筒内圧センサＳＮ３による判定結果と、前記処理Ｓ４３での標準偏差処理部１０２による判定結果とを比較することによって、前記処理Ｓ４３での標準偏差処理部１０２による判定結果の正否を判定する。修正処理部１０７は、このような正否判定処理を前記修正判定期間中に複数実施し、前記修正判定期間経過時の結果、筒内温が前記第１閾値温度未満であって前記第２閾値温度を超えていて正規分布（失火が発生し難い）と判定したが、筒内圧センサＳＮ３による判定結果では非正規分布（失火が発生し易い）と判定した第２不一致回数が予め設定された第３閾値回数以上である場合に、修正処理部１０７は、前記第２閾値温度を、予め設定された第３修正値だけ上げることによって前記第２閾値温度を修正する（第２閾値温度←第２閾値温度−第３修正値）。一方、前記結果、筒内温が前記第２閾値温度以下であって非正規分布（失火が発生し易い）と判定したが、筒内圧センサＳＮ３による判定結果では失火の発生無しと判定した第２一致回数が予め設定された第４閾値回数以上である場合に、修正処理部１０７は、前記第２閾値温度を、予め設定された第４修正値だけ下げることによって前記第２閾値温度を修正する（第２閾値温度←第２閾値温度−第４修正値）。

修正処理部１０７は、このような各処理を運転点ごとに実施する。これら第１閾値回数、第１修正値、第２閾値回数、第２修正値、閾値筒内圧、第３閾値回数、第３修正値、第４閾値回数および第４修正値は、それぞれ、運転点ごとに、複数のサンプルから適宜に設定される。第１ないし第４修正値は、同一値であって良く、あるいは、異値であって良い。

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

ＳＮ２ 水温センサ
ＳＮ３ 筒内圧センサ
ＳＮ５ 吸気温センサ
ＳＮ７ 排気温センサ
１００ 制御処理部
１０１ 制御部
１０２ 標準偏差処理部
１０３ 標準偏差更新部
１０４ 上限値処理部
１０５ 燃焼制御部
１０６ 標準偏差記憶部
１０７ 修正処理部

Claims (12)

1. 気筒内の混合気を燃焼させる内燃機関の制御方法であって、
   前記気筒の筒内温を測定する筒内温測定工程と、
   前記気筒の筒内圧を測定する筒内圧測定工程と、
   燃焼サイクルにおいて前記筒内圧測定工程で測定される筒内圧のヒストグラムの標準偏差を求める標準偏差処理工程と、
   所定の運転点において、今回の燃焼サイクルより前に前記標準偏差処理工程で求められた標準偏差を、前記今回の燃焼サイクルにおいて前記標準偏差処理工程で求められた標準偏差に基づいて更新する標準偏差更新工程と、
   前記標準偏差更新工程で更新された標準偏差に基づいて前記気筒の筒内圧の上限値を求める上限値処理工程と、
   前記所定の運転点において、前記上限値処理工程で求めた上限値以下となるように前記内燃機関を制御する燃焼制御工程とを備え、
   前記標準偏差処理工程は、前記今回の燃焼サイクルにおいて前記筒内温測定工程で測定された筒内温に基づいて、前記今回の燃焼サイクルにおいて前記筒内圧測定工程で測定される筒内圧のヒストグラムが正規分布か否かを判定し、判定結果に応じて前記今回の燃焼サイクルにおける標準偏差を求める、
   内燃機関の制御方法。
2. 前記内燃機関は、前記気筒内の混合気の一部を花火点火によりＳＩ燃焼させた後に前記気筒内の残りの混合気を自着火によりＣＩ燃焼させる部分圧縮着火燃焼が少なくとも一部の運転領域で実行される車載用の圧縮着火式エンジンであり、
   前記燃焼制御工程は、前記上限値処理部で求めた上限値以下となるように目標燃焼重心を設定し、前記設定した目標燃焼重心に基づいて前記花火点火の点火タイミングを制御する、
   請求項１に記載の内燃機関の制御方法。
3. 前記標準偏差処理工程は、前記今回の燃焼サイクルにおいて前記筒内温測定工程で測定された筒内温が所定の第１閾値温度以上である場合に、前記今回の燃焼サイクルにおいて前記筒内圧測定工程で測定される筒内圧のヒストグラムが正規分布ではないと判定する、
   請求項１または請求項２に記載の内燃機関の制御方法。
4. 前記標準偏差処理工程は、前記今回の燃焼サイクルにおいて前記筒内温測定工程で測定された筒内温が前記第１閾値温度より低い所定の第２閾値温度以下である場合に、前記今回の燃焼サイクルにおいて前記筒内圧測定工程で測定される筒内圧のヒストグラムが正規分布ではないと判定する、
   請求項３に記載の内燃機関の制御方法。
5. 前記筒内圧測定工程で測定された筒内圧に基づいて前記判定結果の正否を判定する正否判定処理を複数実施し、前記実施した複数の正否判定処理の結果に基づいて前記第１および第２閾値温度の少なくとも一方を修正する修正処理工程をさらに備える、
   請求項４に記載の内燃機関の制御方法。
6. 前記上限値処理工程は、前記更新された標準偏差の３倍に基づいて前記気筒の筒内圧の上限値を求める、
   請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の内燃機関の制御方法。
7. 気筒内の混合気を燃焼させる内燃機関の制御装置であって、
   前記気筒の筒内温を測定する筒内温測定部と、
   前記気筒の筒内圧を測定する筒内圧測定部と、
   燃焼サイクルにおいて前記筒内圧測定部で測定される筒内圧のヒストグラムの標準偏差を求める標準偏差処理部と、
   所定の運転点において、今回の燃焼サイクルより前に前記標準偏差処理部で求められた標準偏差を、前記今回の燃焼サイクルにおいて前記標準偏差処理部で求められた標準偏差に基づいて更新する標準偏差更新部と、
   前記標準偏差更新部で更新された標準偏差に基づいて前記気筒の筒内圧の上限値を求める上限値処理部と、
   前記所定の運転点において、前記上限値処理部で求めた上限値以下となるように前記内燃機関を制御する燃焼制御部とを備え、
   前記標準偏差処理部は、前記今回の燃焼サイクルにおいて前記筒内温測定部で測定された筒内温に基づいて、前記今回の燃焼サイクルにおいて前記筒内圧測定部で測定される筒内圧のヒストグラムが正規分布か否かを判定し、判定結果に応じて前記今回の燃焼サイクルにおける標準偏差を求める、
   内燃機関の制御装置。
8. 前記内燃機関は、前記気筒内の混合気の一部を花火点火によりＳＩ燃焼させた後に前記気筒内の残りの混合気を自着火によりＣＩ燃焼させる部分圧縮着火燃焼が少なくとも一部の運転領域で実行される車載用の圧縮着火式エンジンであり、
   前記燃焼制御部は、前記上限値処理部で求めた上限値以下となるように目標燃焼重心を設定し、前記設定した目標燃焼重心に基づいて前記花火点火の点火タイミングを制御する、
   請求項７に記載の内燃機関の制御装置。
9. 前記標準偏差処理部は、前記今回の燃焼サイクルにおいて前記筒内温測定部で測定された筒内温が所定の第１閾値温度以上である場合に、前記今回の燃焼サイクルにおいて前記筒内圧測定部で測定される筒内圧のヒストグラムが正規分布ではないと判定する、
   請求項７または請求項８に記載の内燃機関の制御装置。
10. 前記標準偏差処理部は、前記今回の燃焼サイクルにおいて前記筒内温測定部で測定された筒内温が前記第１閾値温度より低い所定の第２閾値温度以下である場合に、前記今回の燃焼サイクルにおいて前記筒内圧測定部で測定される筒内圧のヒストグラムが正規分布ではないと判定する、
    請求項９に記載の内燃機関の制御装置。
11. 前記筒内圧測定部で測定された筒内圧に基づいて前記判定結果の正否を判定する正否判定処理を複数実施し、前記実施した複数の正否判定処理の結果に基づいて前記第１および第２閾値温度の少なくとも一方を修正する修正処理部をさらに備える、
    請求項９に記載の内燃機関の制御装置。
12. 前記上限値処理部は、前記更新された標準偏差の３倍に基づいて前記気筒の筒内圧の上限値を求める、
    請求項７ないし請求項１１のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
    

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