JP2023053508A - エンジンシステム、及びエンジンの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】過渡時における燃焼安定性を向上させる。【解決手段】ＥＣＵは、アクセル開度に基づいて設定される目標トルクが、現時点から所定のディレイ時間未来の特定サイクルで実現されるように、目標ＩＭＥＰに応じた燃焼形態を予め設定し、設定した燃焼形態が特定サイクルで実現されるように、特定サイクルにおける吸気弁の閉弁時の目標筒内状態量を設定し、所定のディレイ時間が経過して、サイクルが特定サイクルになった時に、吸気弁の閉弁時の実際の筒内状態量を推定し、目標筒内状態量と推定された推定筒内状態量とにズレがあるときには、インジェクタ及び点火プラグの少なくとも一方の操作量を調整する。【選択図】図１４

Description

ここに開示された技術は、エンジンシステム、及びエンジンの制御方法に関する技術分野に属する。

従来より、圧縮自己着火燃焼（以下、ＣＩ（Compression Ignition）燃焼）により、エンジンの熱効率が向上することが知られている。

例えば、特許文献１には、エンジンの一部の運転状態において、点火プラグを用いたＳＩ（Spark Ignition）燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせたＳＰＣＣＩ（Spark Controlled Compression Ignition）燃焼をするエンジンシステムが開示されている。このエンジンシステムは、エンジンの運転状態がＳＰＣＣＩ燃焼をする運転状態以外の運転状態であるときには、ＳＩ燃焼する。この特許文献１のエンジンは、エンジン負荷が変化すると、燃焼形態を切り替えるように構成されている。尚、ＳＩ燃焼において、混合気は、点火後、火炎伝播により燃焼するため、以下において、ＳＩ燃焼と、火炎伝播燃焼とは、同義とする。

国際公開第２０１８／０９６７４４号

ところで、ＣＩ燃焼は、燃焼安定性が筒内状態量に大きく左右される。このため、過渡時など、筒内状態が大きく変化するときには、目標とする筒内状態量（筒内温度、Ｇ／Ｆ、ＥＧＲ率など）が適切に形成されず、燃焼安定性が低下するおそれがある。また、ＳＩ燃焼においても、目標とする筒内状態量からズレが生じると、異常燃焼が生じるおそれがある。

ここに開示された技術は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、過渡時における燃焼安定性を向上させることにある。

前記課題を解決するために、ここに開示された技術では、車両に搭載され、インジェクタと、点火プラグと、状態量調整デバイスとを有するエンジンを備えたエンジンシステムを対象として、前記車両のアクセルペダルの操作を検出するアクセル操作検出器と、前記アクセル操作検出器からの電気信号に基づいて、前記インジェクタ、前記点火プラグ、及び前記状態量調整デバイスにそれぞれ電気信号を出力するコントローラーと、を更に備え、前記エンジンは、前記インジェクタから気筒内に噴射された燃料を、前記点火プラグで点火させることにより燃焼させる火炎伝播燃焼と、前記インジェクタから前記気筒内に噴射された燃料を、前記点火プラグで点火させることなく、圧縮自己着火させる圧縮自己着火燃焼と、を実行可能であり、前記コントローラーは、前記アクセル操作検出器により検出されたアクセル開度に基づいて設定される目標トルクが、現時点から所定のディレイ時間未来の特定サイクルで実現されるように前記インジェクタ、前記点火プラグ、及び前記状態量調整デバイスを制御する燃焼制御を実行し、前記コントローラーはまた、前記燃焼制御において、前記アクセル操作検出器により検出されたアクセル開度に基づいて、前記特定サイクルにおける目標負荷を設定する目標負荷設定処理と、前記目標負荷設定処理で設定された前記目標負荷に応じた燃焼形態を予め設定する燃焼予定設定処理と、前記燃焼予定設定処理で設定された燃焼形態が、前記特定サイクルで実現されるように、前記特定サイクルにおける吸気弁の閉弁時の筒内状態量を設定する目標状態量設定処理と、前記特定サイクルにおける前記気筒内の状態量が前記目標筒内状態量となるよう、前記特定サイクルよりも前に、状態量調整デバイスへ制御信号を出力する信号出力処理と、前記所定のディレイ時間が経過して、サイクルが前記特定サイクルになった時に、該特定サイクルにおける吸気弁の閉弁時の実際の筒内状態量を推定する筒内状態量推定処理と、前記目標筒内状態量と前記筒内状態量推定処理で推定された推定筒内状態量とにズレがあるときには、前記インジェクタ及び前記点火プラグの少なくとも一方の操作量を調整する噴射／点火調整処理と、を実行する、という構成とした。

この構成によると、所定期間経過後のサイクルにおける目標筒内状態量を予め設定することで、該目標筒内状態量を実現するため状態量調整デバイスを予め設定することができる。これにより、該デバイスの応答遅れ等による筒内状態量への影響を出来る限り抑制することができるため、目標とする筒内状態量と実際の筒内状態量とのズレを出来る限り小さくすることができる。そして、目標筒内状態量と実際の筒内状態量とのズレに対して、インジェクタによる燃料の噴射形態や点火プラグによる点火を調整することで、設定した燃焼形態を安定して実現させることができる。この結果、過渡時における燃焼安定性を向上させることができる。

また、コントローラーが、アクセル開度に基づいて設定される目標トルクが所定期間経過後に実現されることで、ドライバは、アクセルを操作してから加速に備えて姿勢を正すことができる。これにより、ドライバビリティが向上する。

前記エンジンシステムにおいて、前記エンジンの前記気筒は複数あり、前記コントローラーは、前記筒内状態量推定処理及び前記噴射／点火設定処理を、前記気筒毎に実行する、という構成でもよい。

この構成によると、気筒毎に筒内状態量を推定して、インジェクタによる燃料の噴射形態や点火プラグによる点火を調整することができる。これにより、過渡時における燃焼安定性をより向上させることができる。

前記エンジンシステムにおいて、前記コントローラーは、前記筒内状態量推定処理を、排気弁の閉弁後でかつ吸気弁の閉弁前に実行する、という構成でもよい。

すなわち、排気弁の閉弁後であれば、筒内のＥＧＲ率について精度良く推定することが可能である。これにより、実際の筒内状態量を精度良く推定することができ、インジェクタによる燃料の噴射形態や点火プラグによる点火を精度良く調整することができる。したがって、過渡時における燃焼安定性をより向上させることができる。

前記エンジンシステムにおいて、前記コントローラーは、前記噴射／点火調整処理において、筒内状態量が前記目標筒内状態量であると仮定したときの熱発生率である第１熱発生率を燃焼モデルにより推定するとともに、筒内状態量が前記推定筒内状態量であると仮定したときの熱発生率である第２熱発生率を前記燃焼モデルにより推定し、前記第１熱発生率と前記第２熱発生率をと比較して、前記インジェクタ及び前記点火プラグの少なくとも一方の操作量を調整する、という構成でもよい。

この構成によると、実際に推定される燃焼（特に熱発生率の変化）を考慮して、インジェクタ及び点火プラグの少なくとも一方の操作量が調整される。これにより、過渡時における燃焼安定性をより向上させることができる。

熱発生率を推定する前記エンジンシステムにおいて、前記インジェクタは、前記シリンダの中央部から周辺部に向かって、放射状に広がるように燃料を噴射し、前記コントローラーは、前記噴射／点火調整処理において、前記燃焼予定設定処理により設定された燃焼形態が、圧縮行程の中期において燃料を噴射する前記圧縮自己着火燃焼であり、かつ前記第２熱発生率の変化が前記第１熱発生率の変化に対して急峻であるときには、前記インジェクタによる圧縮行程での燃料噴射タイミングを遅角させる、という構成でもよい。

すなわち、圧縮行程の中期は筒内圧が比較的低いため、このタイミングで燃料を噴射すると、燃料はシリンダの壁面に向かって噴射される。シリンダの壁面付近は比較的温度が低いため、燃料を含む混合気の温度が低くなる。このため、燃料噴射のタイミングを遅角させると、圧縮上死点における混合気の温度が比較的低くなり、燃焼（熱発生率の変化）が緩慢になる。これにより、燃焼が急峻になることを抑制することができ、燃焼安定性をより向上させることができる。

筒内圧変化を推定する前記エンジンシステムにおいて、前記インジェクタは、前記シリンダの中央部から周辺部に向かって、放射状に広がるように燃料を噴射し、前記コントローラーは、前記噴射／点火調整処理において、前記燃焼予定設定処理により設定された燃焼形態が、圧縮行程の終期において燃料を噴射する前記圧縮自己着火燃焼であり、かつ前記第２熱発生率の変化が前記第１熱発率の変化に対して急峻であるときには、前記インジェクタによる圧縮行程での燃料噴射タイミングを進角させる、という構成でもよい。

すなわち、圧縮行程の終期は筒内圧が比較的高いため、このタイミングで燃料を噴射すると、燃料はあまり拡散せず、燃料リッチな混合気が部分的に形成される。このため、燃料噴射のタイミングが圧縮上死点に近いほど、燃焼（熱発生率の変化）が急峻になりやすい。したがって、燃料噴射のタイミングを進角させると、燃料が拡散しやすくなり、燃焼が緩慢になる。これにより、燃焼が急峻になることを抑制することができ、燃焼安定性をより向上させることができる。

前記エンジンシステムにおいて、前記気筒内の圧力を検出する筒内圧検出器を更に備え、前記コントローラーは、前記筒内状態量推定処理において、前記筒内圧検出器の検出結果を考慮して、前記特定サイクルにおける筒内状態量を推定する、という構成でもよい。

この構成によると、筒内状態量を精度良く推定することができるため、インジェクタによる燃料の噴射形態や点火プラグによる点火を精度良く調整することができる。したがって、過渡時における燃焼安定性をより向上させることができる。

ここに開示された技術は、エンジンの制御方法をも包含する。具体的には、制御方法は、アクセル操作検出器から検出信号を受けたコントローラーが、現時点のアクセル開度に基づいて、現時点に対して、所定のディレイ時間未来の特定サイクルにおける目標トルクを設定し、前記コントローラーが、前記特定サイクルにおける燃焼を、点火プラグを使って気筒内の燃料を強制点火させる火炎伝播燃焼と、前記点火プラグを使わずに前記気筒内の燃料を圧縮自己着火させる圧縮自己着火燃焼と、から事前に選択し、前記コントローラーが、選択した燃焼形態が、前記特定サイクルで実現されるように、該特定サイクルにおける吸気弁の閉弁時の目標筒内状態量を設定し、前記コントローラーが、前記特定サイクルにおける前記気筒内の状態量が前記目標筒内状態量となるよう、前記特定サイクルよりも前に、状態量調整デバイスへ制御信号を出力し、前記コントローラーが、前記所定のディレイ時間が経過して、サイクルが前記特定サイクルになった時に、該特定サイクルにおける吸気弁の閉弁時の実際の筒内状態量を推定し、前記コントローラーが、前記目標筒内状態量と実際の筒内状態量とがズレているときには、前記インジェクタ及び前記点火プラグの少なくとも一方の操作量を調整する、というものとした。

この構成でも、状態量調整デバイスの応答遅れ等による筒内状態量への影響を出来る限り抑制することができる。目標とする筒内状態量と実際の筒内状態量とのズレを出来る限り小さくすることができる。そして、目標筒内状態量と実際の筒内状態とのズレをインジェクタによる燃料の噴射形態や点火プラグによる点火を調整することで、設定した燃焼形態を安定して実現させることができる。この結果、過渡時における燃焼安定性を向上させることができる。

以上説明したように、ここに開示された技術によると、過渡時における圧縮自己着火燃焼を安定させることができる。

図１は、エンジンシステムを例示する図である。 図２の上図は、エンジンの燃焼室の構造を例示する平面図であり、下図は、上図のII－II断面図である。 図３は、エンジンシステムのブロック図である。 図４は、エンジンの運転に係るマップを例示する図である。 図５は、過渡時におけるエンジン負荷の変化を示す図である。 図６は、各燃焼形態における、吸気弁及び排気弁の開閉動作、燃料噴射タイミング、及び、点火タイミングを例示する図である。 図７は、圧縮行程の終期に、シリンダ内に燃料を噴射した状態を説明する図である。 図８は、エンジンの燃焼制御におけるＥＣＵの処理動作を示すフローチャートである。 図９は、燃焼モードを設定する際のＥＣＵの処理動作を示すフローチャートである。 図１０の上図はアクセル開度とアクセル操作に伴う加速度との関係を示す図であり、図１０の下図は、アクセル操作に伴う目標ＩＭＥＰを示す図である。 図１１は、吸気系及び排気系の制御に係るＥＣＵの処理動作を示すフローチャートである。 図１２は、吸気Ｓ－ＶＴ及び排気Ｓ－ＶＴの目標操作軌道の設定を説明する概念図である。 図１３は、吸気系及び排気系の制御において目標動作、指示値、及び実動作との関係を示すタイムチャートであり、（ａ）は従来の制御方法で制御した場合を示し、（ｂ）は本実施形態における制御方法で制御した場合を示す。 図１４は、噴射及び点火を制御する際のＥＣＵの処理動作を示すフローチャートである。 図１５は、ＥＣＵの機能ブロックを示す図である。 図１６は、ＭＰＣＩ燃焼における噴射量及び噴射タイミングによる熱発生率の変化を示すグラフであり、（ａ）はスキッシュ噴射の圧縮行程での噴射の噴射量を調整した場合を示し、（ｂ）はスキッシュ噴射の圧縮行程での噴射タイミングを調整した場合を示し、（ｃ）はトリガー噴射の圧縮行程での噴射タイミングを調整した場合を示す。

以下、エンジンの制御方法及びエンジンシステムの実施形態が、図面を参照しながら説明される。ここで説明されるエンジンシステムは例示である。

図１は、エンジンシステムを例示する図である。図２は、エンジンの燃焼室の構造を例示する図である。図１における吸気側と排気側との位置と、図２における吸気側と排気側との位置とは、入れ替わっている。図３は、エンジンのコントローラーを例示するブロック図である。

エンジンシステムＥは、四輪の自動車に搭載されている。エンジンシステムＥは、エンジン１と、エンジン１を制御するコントローラーとを備えている。コントローラーは、後述するＥＣＵ（Engine Control Unit）１０である。

エンジン１は、気筒１１を有している。気筒１１の中で、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程が繰り返される。エンジン１は、４ストロークエンジンである。エンジン１が運転することによって自動車は走行する。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。エンジン１は、少なくとも一部の運転領域において、混合気が自着火により燃焼するよう構成してもよい。

（エンジンの構成）
エンジン１は、シリンダーブロック１２と、シリンダヘッド１３とを備えている。シリンダヘッド１３は、シリンダーブロック１２の上に載置される。シリンダーブロック１２に、複数の気筒１１が形成されている。エンジン１は、４つの気筒１１を有する多気筒エンジンである。一例としてエンジン１は、第１気筒、第２気筒、第３気筒及び第４気筒の４つの気筒１１が、一列に並んでいる。４つの気筒１１は、第１気筒、第３気筒、第４気筒、第２気筒の順番に燃焼する。尚、図１では、一つの気筒１１のみを示す。

各気筒１１には、ピストン３が内挿されている。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、気筒１１及びシリンダヘッド１３は、燃焼室１７を形成する。図２に示すように、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の上面の中央部に位置している。

エンジンシステムＥの幾何学的圧縮比は、理論熱効率の向上を目的として高く設定されている。具体的に、エンジンシステムＥの幾何学的圧縮比は、１５以上で、例えば２０以下に設定されている。後述するように、このエンジンシステムＥでは、一部の運転領域において、混合気が、圧縮着火燃焼する。比較的高い幾何学的圧縮比は、圧縮着火燃焼を安定化させる。

シリンダヘッド１３には、気筒１１毎に、吸気ポート１８が形成されている。吸気ポート１８は、気筒１１内に連通している。

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、吸気ポート１８を開閉する。吸気弁２１は、ポペットバルブである。動弁機構は、吸気カムシャフトを有しかつ、吸気弁２１に機械的に接続されている。動弁機構は、吸気弁２１を所定のタイミングで開閉する。動弁機構は、バルブタイミング及び／又はバルブリフトを可変にする可変動弁機構である。図３に示すように、動弁機構は、吸気Ｓ－ＶＴ（Sequential-Valve Timing）２３１を有している。吸気Ｓ－ＶＴ２３１は、吸気カムシャフトの、クランクシャフト１５に対する回転位相を、所定の角度範囲内で連続的に変更する。吸気弁２１の開弁期間は変化しない。吸気Ｓ－ＶＴ２３１は、可変位相機構である。吸気Ｓ－ＶＴ２３１は、電動式又は油圧式である。

動弁装置はまた、吸気ＣＶＶＬ（Continuously Variable Valve Lift）２３２を有している。吸気ＣＶＶＬ２３２は、吸気弁２１のリフト量を、所定の範囲内で連続的に変更できる。吸気ＣＶＶＬ２３２は、公知の様々な構成を採用できる。一例として、特開２００７－８５２４１号公報に記載されているように、吸気ＣＶＶＬ２３２は、リンク機構と、コントロールアームと、ステッピングモータとを備えて構成できる。リンク機構は、吸気弁２１を駆動するためのカムを、カムシャフトの回転と連動して往復揺動運動させる。コントロールアームは、リンク機構のレバー比を可変的に設定する。リンク機構のレバー比が変わると、吸気弁２１を押し下げるカムの揺動量が変わる。ステッピングモータは、コントロールアームを電気的に駆動することによってカムの揺動量を変更し、それによって、吸気弁２１のリフト量を変更する。

シリンダヘッド１３には、気筒１１毎に、排気ポート１９が形成されている。排気ポート１９は、気筒１１内に連通している。

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、排気ポート１９を開閉する。排気弁２２は、ポペットバルブである。動弁機構は、排気カムシャフトを有しかつ、排気弁２２に機械的に接続されている。動弁機構は、排気弁２２を所定のタイミングで開閉する。動弁機構は、バルブタイミング及び／又はバルブリフトを可変にする可変動弁機構である。図３に示すように、動弁機構は、排気Ｓ－ＶＴ２４１を有している。排気Ｓ－ＶＴ２４１は、排気カムシャフトの、クランクシャフト１５に対する回転位相を、所定の角度範囲内で連続的に変更する。排気弁２２の開弁期間は変化しない。排気Ｓ－ＶＴ２４１は、可変位相機構である。排気Ｓ－ＶＴ２４１は、電動式又は油圧式である。

動弁装置はまた、排気ＶＶＬ（Variable Valve Lift）２４２を有している。排気ＶＶＬ２４２は、図示は省略するが、排気弁２２を開閉するカムを切り替え可能に構成されている。排気ＶＶＬ２４２は、公知の様々な構成を採用できる。一例として、特開２０１８－１６８７９６公報に記載されているように、排気ＶＶＬ２４２は、第１のカムと、第２のカムと、第１のカムと第２のカムとを切り替える切り替え機構と、を有している。第１のカムは、排気行程において、排気弁２２を開閉するよう構成されている。第２のカムは、排気行程において、排気弁２２を開閉すると共に、吸気行程において、排気弁２２を再び開閉するよう構成されている。尚、第２のカムは、排気行程において、排気弁２２を開けた後、排気弁２２の開弁を、吸気行程まで維持するよう構成されてもよい。排気ＶＶＬ２４２は、排気弁２２を、第１のカムと第２のカムとのいずれか一方によって開閉することにより、排気弁２２のリフトを変更できる。

吸気Ｓ－ＶＴ２３１、吸気ＣＶＶＬ２３２、排気Ｓ－ＶＴ２４１、及び、排気ＶＶＬ２４２は、吸気弁２１及び排気弁２２の開閉を制御することによって、気筒１１内への空気の導入量、及び、既燃ガスの導入量（内部ＥＧＲの量）を調節する。

シリンダヘッド１３には、気筒１１毎に、インジェクタ６が取り付けられている。インジェクタ６は、気筒１１の中に燃料を直接噴射する。

インジェクタ６は、気筒１１の中に燃料を直接噴射する。インジェクタ６は、詳細な図示は省略するが、複数の噴口を有する多噴口型である。インジェクタ６は、図２に二点鎖線で示すように、気筒１１の中央部から周辺部に向かって、放射状に広がるように燃料を噴射する。図２の下図に示すように、インジェクタ６の噴口の軸は、気筒１１の中心軸Ｘに対して、所定の角度θを有している。尚、インジェクタ６は、図例では、周方向に等角度に配置された十個の噴口を有しているが、噴口の数、及び、配置は特に制限されない。

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、燃料を貯留するよう構成された燃料タンク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。燃料供給路６２には、燃料ポンプ６５とコモンレール６４とが介設している。燃料ポンプ６５は、コモンレール６４に燃料を圧送する。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に蓄えられていた燃料が、インジェクタ６の噴口から気筒１１の中に噴射される。尚、燃料供給システム６１の構成は、前記の構成に限定されない。

シリンダヘッド１３には、気筒１１毎に、第１点火プラグ２５１及び第２点火プラグ２５２が取り付けられている。第１点火プラグ２５１及び第２点火プラグ２５２はそれぞれ、気筒１１の中の混合気に強制的に点火をする。尚、点火プラグは、一つでもよい。第１点火プラグ２５１は、気筒１１の中心軸Ｘよりも吸気側に配置され、第２点火プラグ２５２は、中心軸Ｘよりも排気側に配置されている。第１点火プラグ２５１と第２点火プラグ２５２とは、対向するように配置されている。

エンジン１の一側面には吸気通路４０が接続されている。吸気通路４０は、各気筒１１の吸気ポート１８に連通している。気筒１１に導入される空気は、吸気通路４０を流れる。吸気通路４０の上流端部には、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、空気を濾過する。吸気通路４０の下流端近傍には、サージタンク４２が配設されている。サージタンク４２よりも下流の吸気通路４０は、気筒１１毎に分岐する独立吸気通路を構成している。独立吸気通路の下流端が、各気筒１１の吸気ポート１８に接続されている。

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との間には、スロットル弁４３が配設されている。スロットル弁４３は、弁の開度を調節することによって、気筒１１の中への空気の導入量を調節する。

エンジン１の他側面には、排気通路５０が接続されている。排気通路５０は、各気筒１１の排気ポート１９に連通している。排気通路５０は、気筒１１から排出された排気ガスが流れる通路である。排気通路５０の上流部分は、詳細な図示は省略するが、気筒１１毎に分岐する独立排気通路を構成している。独立排気通路の上流端が、各気筒１１の排気ポート１９に接続されている。

排気通路５０には、複数の触媒コンバーターを有する排気ガス浄化システムが配設されている。上流の触媒コンバーターは、例えば三元触媒５１１と、ＧＰＦ（Gasoline Particulate Filter）５１２とを有している。下流の触媒コンバーターは、三元触媒５１３を有している。尚、排気ガス浄化システムは、図例の構成に限定されるものではない。例えば、ＧＰＦは省略してもよい。また、触媒コンバーターは、三元触媒を有するものに限定されない。さらに、三元触媒及びＧＰＦの並び順は、適宜変更してもよい。

吸気通路４０と排気通路５０との間には、ＥＧＲ通路５２が接続されている。ＥＧＲ通路５２は、排気ガスの一部を吸気通路４０に還流させるための通路である。ＥＧＲ通路５２の上流端は、排気通路５０における上流の触媒コンバーターと下流の触媒コンバーターとの間に接続されている。ＥＧＲ通路５２の下流端は、吸気通路４０におけるスロットル弁４３とサージタンク４２との間に接続されている。

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流量を調節する。ＥＧＲ弁５４の開度が調節されると、外部ＥＧＲガスの還流量が調節される。

エンジンシステムＥは、図３に示すように、エンジン１を運転するためのＥＣＵ（Engine Control Unit）１０を備えている。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。ＥＣＵ１０は、プログラムを実行する中央演算処理装置（Central Processing Unit：ＣＰＵ）１０１と、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）により構成されてプログラム及びデータを格納するメモリ１０２と、電気信号の入出力をするＩ／Ｆ回路１０３と、を備えている。ＥＣＵ１０は、コントローラーの一例である。

ＥＣＵ１０には、図１及び図３に示すように、各種のセンサＳＷ１～ＳＷ１３が電気的に接続されている。センサＳＷ１～ＳＷ１３は、信号をＥＣＵ１０へ出力する。センサには、以下のセンサが含まれる。
・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を流れる空気の流量を計測する。
・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を流れる空気の温度を計測する。
・吸気圧センサＳＷ３：サージタンク４２に取り付けられかつ、気筒１１に導入される空気の圧力を計測する。
・筒内圧センサＳＷ４：各気筒１１に対応してシリンダヘッド１３に取り付けられかつ、各気筒１１内の圧力を計測する。
・水温センサＳＷ５：エンジン１に取り付けられかつ、冷却水の温度を計測する。
・クランク角センサＳＷ６：エンジン１に取り付けられかつ、クランクシャフト１５の回転角を計測する。
・アクセル開度センサＳＷ７：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計測する。
・吸気カム角センサＳＷ８：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計測する。
・排気カム角センサＳＷ９：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計測する。
・吸気カムリフトセンサＳＷ１０：エンジン１に取り付けられかつ、吸気弁２１のリフト量を計測する。
・リニアＯ_２センサＳＷ１１：排気通路５０に取り付けられかつ、排気ガス中の酸素濃度に対応する信号を出力する計測する。
・燃圧センサＳＷ１２：コモンレールに取り付けられかつ、インジェクタ６を通じて気筒１１内へ噴射される燃料の圧力を計測する。
・ギヤ段センサＳＷ１３：不図示のトランスミッションやシフトレバーに取り付けられ、現在のギヤ段を計測する。

ＥＣＵ１０は、これらのセンサＳＷ１～ＳＷ１３の信号に基づいて、エンジン１の運転状態を判断すると共に、予め定められている制御ロジックに従って、各デバイスの制御量を演算する。制御ロジックは、メモリ１０２に記憶されている。制御ロジックは、メモリ１０２に記憶しているマップを用いて、目標量及び／又は制御量を演算することを含む。

ＥＣＵ１０は、演算をした制御量に係る電気信号を、インジェクタ６、第１点火プラグ２５１、第２点火プラグ２５２、吸気Ｓ－ＶＴ２３１、吸気ＣＶＶＬ２３２、排気Ｓ－ＶＴ２４１、排気ＶＶＬ２４２、燃料供給システム６１、スロットル弁４３、及びＥＧＲ弁５４に出力する。

（エンジンの運転制御マップ）
図４は、エンジン１の制御に係るベースマップを例示している。ベースマップは、ＥＣＵ１０のメモリ１０２に記憶されている。ベースマップは、第１ベースマップ４０１、及び、第２ベースマップ４０２を含んでいる。ＥＣＵ１０は、エンジン１の冷却水温の高低やギヤ段等に応じて、二種類のベースマップの中から選択したマップを、エンジン１の制御に用いる。第１ベースマップ４０１は、エンジン１の、いわば冷間時のベースマップである。第２ベースマップ４０２は、エンジン１の温間時のベースマップである。

後述するように、第２ベースマップ４０２は、圧縮自己着火燃焼が設定されたマップである。水温が所定以上である場合、ＥＣＵ１０は、第２ベースマップ４０２を選択できる。水温が所定未満である場合、ＥＣＵ１０は、第２ベースマップ４０２を選択できない。水温が低いと、圧縮自己着火燃焼が不安定だからである。また、変速機のギヤ段が高速段である場合、ＥＣＵ１０は、第２ベースマップ４０２を選択できる。変速機のギヤ段が低速段である場合、ＥＣＵ１０は、第２ベースマップ４０２を選択できない。圧縮自己着火燃焼は、燃焼音が相対的に高いため、変速機のギヤ段が高速段であって車速が比較的高い場合に限って、圧縮自己着火燃焼が実行される。

尚、図４の上図及び下図において、縦軸は、厳密には図示平均有効圧力（ＩＭＥＰ:Indicated Mean Effective Pressure）であるが、図示平均有効圧力は、燃焼によるガス圧を平均化したものであって、エンジン負荷に相当するものであるため、特に問題にはならない。

第１ベースマップ４０１及び第２ベースマップ４０２は、エンジン１の負荷及び回転数によって規定されている。第１ベースマップ４０１は、負荷の高低及び回転数の高低に対して大別して、第１領域、第２領域、及び第３領域の三つの領域に分かれる。より詳細に、第１領域は、負荷方向については、アイドル運転を含む低負荷領域から中負荷領域までを含み、回転方向については、低回転領域から高回転領域まで全体に広がる低中負荷領域４１１に相当する。第２領域は、第１領域内の領域であり、負荷方向については、中負荷領域を含み、回転方向については、中回転領域である中負荷中回転領域４１２に相当する。第３領域は、負荷方向については、最大負荷を含む高負荷領域を含み、回転方向については、低回転領域から高回転領域までの全体に広がる高負荷領域４１３に相当する。

第２ベースマップ４０２は、負荷の高低及び回転数の高低に対して大別して、第１領域及び第２領域の二つの領域に分かれる。より詳細に、第１領域は、負荷方向については、低負荷領域を含み、回転方向については、低回転領域から中回転領域に広がる低負荷低中回転領域４２１に相当する。第２領域は、負荷方向については、中負荷領域を含み、回転方向については、低回転領域から中回転領域に広がる中負荷低中回転領域４２２に相当する。第２ベースマップ４０２の低負荷低中回転領域４２１及び中負荷低中回転領域４２２は共に、図４の上図に一点鎖線で示すように、第１ベースマップ４０１の低中負荷領域４１１及び中負荷中回転領域４１２に重なる。

ここで、低負荷領域、中負荷領域、及び、高負荷領域はそれぞれ、エンジン１の全運転領域を負荷方向に、低負荷領域、中負荷領域及び高負荷領域の略三等分にしたときの、低負荷領域、中負荷領域、及び、高負荷領域としてもよい。

また、低回転領域、中回転領域、及び、高回転領域はそれぞれ、エンジン１の全運転領域を回転数方向に、低回転領域、中回転領域及び高回転領域の略三等分にしたときの、低回転領域、中回転領域、及び、高回転領域としてもよい。

（エンジンの燃焼形態）
次に、各領域におけるエンジン１の運転について詳細に説明をする。ＥＣＵ１０は、エンジン１に対する要求負荷、エンジン１の回転数、冷却水の水温、及びギヤ段等に応じて、吸気弁２１及び排気弁２２の開閉動作、燃料の噴射タイミング、及び点火の有無を変える。まず、ＥＣＵ１０は、目標トルクから目標ＩＭＥＰ（又は要求負荷）を設定する。そして、ＥＣＵ１０は、目標ＩＭＥＰ及びエンジン１の回転数を、第１ベースマップ４０１又は第２ベースマップ４０２に当てはめ、燃焼形態を決定する。そして、決定した燃焼形態に応じて、吸気弁２１及び排気弁２２の開閉動作、燃料の噴射タイミング、及び点火の有無を変えることによって、気筒１１内の混合気の燃焼形態を換える。

図４に示すように、このエンジン１は、燃焼形態を、ＨＣＣＩ燃焼、ＭＰＣＩ燃焼、ＳＰＣＣＩ燃焼、第１ＳＩ燃焼、及び第２ＳＩ燃焼に変える。ＨＣＣＩ（Homogeneous Charged Compression Ignition：均質予混合圧縮着火）燃焼、及び、ＭＰＣＩ燃焼は、圧縮自己着火燃焼（ＣＩ燃焼）に含まれる。第１ＳＩ燃焼、及び、第２ＳＩ燃焼は、火炎伝播燃焼（ＳＩ燃焼）に含まれる。ＳＰＣＣＩ燃焼は、部分圧縮着火燃焼に含まれ、広義には、火炎伝播燃焼（ＳＩ燃焼）に含まれる。

図５は、加速時などの過渡時における要求負荷の変化を示している。図５に示す白丸５０１～５０５は、図４の白丸５０１～５０５に対応している。ここでは、エンジン１の回転数は一定であり、水温はＨＣＣＩ燃焼及びＭＰＣＩ燃焼を選択可能な温度であり、ギヤ段はＨＣＣＩ燃焼及びＭＰＣＩ燃焼を選択可能なギヤ段であるとする。

白丸５０１のときは要求負荷としては、第１ＳＩ燃焼が可能な負荷である。このとき、ＥＣＵ１０は、第１ＳＩ燃焼を選択する。次に、白丸５０２のときは、要求負荷としては、第１ＳＩ燃焼及びＨＣＣＩ燃焼の両方が可能な負荷である。ここでは、前述の通り、第２ベースマップ４０２が選択可能である。このときには、ＥＣＵ１０は、ＨＣＣＩ燃焼を選択する。要求負荷が高くなって白丸５０３のときには、ＥＣＵ１０は、ＭＰＣＩ燃焼を選択する。更に要求負荷が高くなり、白丸５０４になって、ＭＰＣＩ燃焼が選択できないときには、ＥＣＵ１０は、ＳＰＣＣＩ燃焼を選択する。そして、要求負荷が白丸５０５まで上昇したときには、ＥＣＵ１０は、第２ＳＩ燃焼を選択する。

尚、詳しくは後述するが、本実施形態では、ＥＣＵ１０は、アクセル開度センサＳＷ７により検出されたアクセル開度に基づいて設定される目標トルクが現時点から所定のディレイ時間ｔｄ経過後の特定サイクルで実現されるように、現サイクルから特定サイクルまでの燃焼形態が、該目標トルクに基づいてそれぞれ設定される。

図６は、各燃焼形態に対応する、吸気弁２１及び排気弁２２の開閉動作、燃料の噴射タイミング、及び、点火タイミングと、混合気が燃焼することによって気筒１１内で生じる熱発生率の波形と、を例示している。図６の左から右にクランク角は進行する。以下、エンジン１の温間時を例に、各燃焼形態について説明する。

（ＨＣＣＩ燃焼）
エンジン１の運転状態が第２ベースマップ４０２の第１領域、つまり、低負荷低中回転領域４２１にある場合に、ＥＣＵ１０は、気筒１１内の混合気を圧縮着火燃焼させる。より具体的に、エンジン１の運転状態が低負荷低中回転領域４２１にある場合に、排気ＶＶＬ２４２は、排気弁２２を２回、開閉させる。つまり、排気ＶＶＬ２４２は、第１カムと第２カムとの切り替えを行う。排気弁２２は、排気行程において開弁し、吸気行程において閉弁する。排気Ｓ－ＶＴ２４１は排気弁２２の開閉時期を所定の時期に設定する。吸気Ｓ－ＶＴ２３１は吸気弁２１の開閉時期を、遅角させる。吸気ＣＶＶＬ２３２は吸気弁２１のリフト量を小に設定する。吸気弁２１の閉時期は、最も遅角している。

この吸気弁２１及び排気弁２２の開閉形態によって、気筒１１内には、比較的少量の空気と、多量の既燃ガスとが導入される。既燃ガスは、基本的には、気筒１１内に残留する内部ＥＧＲガスである。多量に気筒１１内に導入した内部ＥＧＲガスは、筒内温度を高める。

インジェクタ６は、吸気行程の期間内に、気筒１１内に燃料を噴射する。噴射された燃料は、吸気流動によって拡散し、気筒１１内に均質な混合気が形成される。インジェクタ６は、図例に示すように、一括噴射を行ってもよい。インジェクタ６は、分割噴射を行ってもよい。ＨＣＣＩ燃焼では、気筒１１内には、Ａ／Ｆが理論空燃比よりもリーンでかつ、Ｇ／Ｆが理論空燃比よりもリーンな混合気が形成される。

エンジン１の運転状態が低負荷低中回転領域４２１にある場合に、第１点火プラグ２５１及び第２点火プラグ２５２は共に、点火を行わない。気筒１１内の混合気は、圧縮上死点の付近において、圧縮着火する。エンジン１の負荷が低くて燃料量が少ないため、燃料リーンにすることで、異常燃焼を抑制しながら、圧縮着火燃焼、より正確には、ＨＣＣＩ燃焼が実現する。また、内部ＥＧＲガスを多量に導入して、筒内温度を高めることによって、ＨＣＣＩ燃焼の安定性が高まるとともに、エンジン１の熱効率も向上する。

（ＭＰＣＩ燃焼）
エンジン１の運転状態が第２ベースマップの第２領域、つまり、中負荷低中回転領域４２２にある場合に、ＥＣＵ１０は、気筒１１内の混合気を圧縮着火燃焼させる。より具体的に、排気Ｓ－ＶＴ２４１は排気弁２２の開閉時期を所定の時期に設定する。排気ＶＶＬ２４２は、排気弁２２を２回開閉させる。内部ＥＧＲガスが気筒１１内に導入される。吸気ＣＶＶＬ２３２は吸気弁２１のリフト量を、低負荷低中回転領域４２１のリフト量よりも大に設定する。吸気弁２１の閉時期は、低負荷低中回転領域４２１の閉時期とほぼ同じである。吸気弁２１の開時期は、低負荷低中回転領域４２１の開時期よりも進角する。この吸気弁２１及び排気弁２２の開閉形態によって、低負荷低中回転領域４２１と比較すると、気筒１１内に導入される空気量が増え、既燃ガスの導入量は減る。

インジェクタ６は、吸気行程の期間内と、圧縮行程の期間内とのそれぞれにおいて、気筒１１内に燃料を噴射する。インジェクタ６は、分割噴射を行う。ＭＰＣＩ燃焼でも、気筒１１内には、Ａ／Ｆが理論空燃比よりもリーンでかつ、Ｇ／Ｆが理論空燃比よりもリーンな混合気が形成される。

中負荷低中回転領域４２２において、ＥＣＵ１０は、スキッシュ噴射と、トリガー噴射との二つの噴射形態を使い分ける。スキッシュ噴射は、インジェクタ６が、吸気行程期間内と、圧縮行程の中期において燃料を噴射する噴射形態である。トリガー噴射は、インジェクタ６が、吸気行程期間内と、圧縮行程の終期において燃料を噴射する噴射形態である。尚、圧縮行程の中期及び終期とはそれぞれ、圧縮行程を初期、中期、終期に三等分した場合の、中期及び終期である。

スキッシュ噴射は、圧縮着火燃焼を緩慢にする噴射形態である。吸気行程期間内に噴射された燃料は、吸気流動によって気筒１１内に拡散する。気筒１１内に均質な混合気が形成される。圧縮行程の中期に噴射された燃料は、図２の下図に例示するように、キャビティ３１の外の、スキッシュ領域１７１に到達する。スキッシュ領域１７１は、シリンダーライナーに近いため、元々温度が低い領域である上に、燃料の噴霧が気化する際の潜熱によって、さらに温度が低下する。気筒１１内の温度が局所的に低下すると共に、気筒１１内の全体において燃料が不均質になる。その結果、例えば筒内温度が高い場合に、異常燃焼の発生を抑制しつつ、混合気が所望のタイミングで圧縮着火する。スキッシュ噴射は、比較的緩慢な圧縮着火燃焼を可能にする。

スキッシュ噴射において、圧縮行程中の燃料の噴射量は、吸気行程中の燃料の噴射量よりも多い。キャビティ３１の外の、広い領域に燃料が噴射されるため、燃料の量が多くてもスモークの発生が抑制できる。燃料の量が多いほど、温度は低下する。圧縮行程中の燃料の噴射量は、要求される温度低下が実現できる量に設定すればよい。尚、スキッシュ噴射では、吸気行程中には噴射せずに、圧縮行程の中期でのみ噴射する場合もあり得る。

トリガー噴射は、圧縮着火燃焼を促進させる噴射形態である。吸気行程期間内に噴射された燃料は、吸気流動によって気筒１１内に拡散する。気筒１１内に均質な混合気が形成される。圧縮行程の終期に噴射された燃料は、図６に例示するように、気筒１１内の高い圧力によって拡散しにくく、キャビティ３１の中の領域に留まる。尚、キャビティ３１の中の領域とは、気筒１１の径方向に対して、キャビティ３１の外周縁よりも径方向の内方の領域を意味する。ピストン３の頂面から凹陥するキャビティ３１の内部も、キャビティ３１の中の領域に含まれる。気筒１１内の燃料は不均質である。また、気筒１１の中央部は、シリンダーライナーから離れているため、温度が高い領域である。温度の高い領域に、燃料が濃い混合気塊が形成されるため、混合気の圧縮着火が促進される。その結果、圧縮行程噴射後に混合気が速やか圧縮着火して、圧縮着火燃焼を促進できる。トリガー噴射は、燃焼安定性を高める。

スキッシュ噴射及びトリガー噴射は共に、気筒１１内の混合気を不均質にする。この点で、均質な混合気が形成されるＨＣＣＩ燃焼とは異なる。スキッシュ噴射及びトリガー噴射は共に、不均質な混合気を形成することによって、圧縮着火のタイミングをコントロールできる。

この燃焼形態は、インジェクタが複数回の燃料噴射を行うため、この燃焼形態のことをＭＰＣＩ（Multiple Premixed fuel injection Compression Ignition：多段予混合燃料噴射圧縮着火）燃焼と呼ぶ場合がある。

（ＳＰＣＣＩ燃焼）
エンジン１の運転状態が第１ベースマップ４０１の第２領域、より詳細には中負荷中回転領域４１２にある場合に、ＥＣＵ１０は、気筒１１内の混合気の一部を火炎伝播燃焼させ、残りを圧縮着火燃焼させる。より具体的に、排気Ｓ－ＶＴ２４１は排気弁２２の開閉時期を所定の時期に設定する。排気ＶＶＬ２４２は、排気弁２２を２回開閉させる。内部ＥＧＲガスが気筒１１内に導入される。吸気ＣＶＶＬ２３２は吸気弁２１のリフト量を、低負荷低中回転領域４２１のリフト量よりも大に設定する。吸気弁２１の閉時期は、低負荷領域４１５の閉時期とほぼ同じである。吸気弁２１の開時期は、低負荷低中回転領域４２１の開時期よりも進角する。この吸気弁２１及び排気弁２２の開閉形態によって、気筒１１内に導入される空気量が増え、既燃ガスの導入量は減る。

インジェクタ６は、吸気行程及び圧縮行程の期間内に、気筒１１内に燃料を噴射する。インジェクタ６は、分割噴射を行う。尚、インジェクタ６は、エンジン１の運転状態が、例えば中負荷中回転領域４１２における高負荷の場合、圧縮行程の期間においてのみ、燃料を噴射してもよい。遅い燃料噴射は、異常燃焼の抑制に有利である。気筒１１内には、Ａ／Ｆが理論空燃比でかつ、Ｇ／Ｆが理論空燃比よりもリーンな混合気が形成される。

第１点火プラグ２５１及び／又は第２点火プラグ２５２は共に、圧縮上死点の付近において、混合気に点火する。第１点火プラグ２５１及び／又は第２点火プラグ２５２が点火した後の圧縮上死点付近において、混合気は火炎伝播燃焼を開始する。火炎伝播燃焼の発熱により気筒１１の中の温度が高くなりかつ、火炎伝播により気筒１１の中の圧力が上昇する。このことによって、未燃混合気が、例えば圧縮上死点後に自己着火し、圧縮着火燃焼を開始する。圧縮着火燃焼の開始後、火炎伝播燃焼と圧縮着火燃焼とは並行して進行する。熱発生率の波形は、図６に例示するように、二山になる場合がある。

火炎伝播燃焼の発熱量を調節することによって、圧縮開始前の気筒１１の中の温度のばらつきを吸収することができる。ＥＣＵ１０が点火タイミングを調節することにより火炎伝播燃焼の発熱量を調節できる。混合気は、目標のタイミングで自己着火するようになる。ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＥＣＵ１０が、点火タイミングの調節を通じて、圧縮着火のタイミングを調節する。ＳＰＣＣＩ燃焼形態は、点火が圧縮着火をコントロールする。

（第１ＳＩ燃焼）
エンジン１の運転状態が第１ベースマップ４０１の第１領域、つまり、低中負荷領域４１１にある場合に、ＥＣＵ１０は、気筒１１内の混合気を火炎伝播燃焼させる。より具体的に、吸気Ｓ－ＶＴ２３１は吸気弁２１の開閉時期を所定の時期に設定する。吸気ＣＶＶＬ２３２は吸気弁２１のリフト量を所定のリフト量に設定する。吸気弁２１のリフト量は、後述する排気弁２２のリフト量と実質的に同じである。排気Ｓ－ＶＴ２４１は排気弁２２の開閉時期を所定の時期に設定する。吸気弁２１と排気弁２２とは、吸気上死点の付近において共に開弁する。排気ＶＶＬ２４２は、排気弁２２を１回だけ開閉させる。この吸気弁２１及び排気弁２２の開閉形態によって、気筒１１内には、空気と、既燃ガスとが導入される。既燃ガスは、基本的には、気筒１１内に残留する内部ＥＧＲガスである。

インジェクタ６は、吸気行程の期間内に、気筒１１内に燃料を噴射する。インジェクタ６は、図例に示すように、一括噴射を行ってもよい。気筒１１内に噴射された燃料は、吸気流動によって拡散する。気筒１１内の空気の、燃料に対する質量比率Ａ／Ｆは、理論空燃比である。一方で、混合気のＧ／Ｆは理論空燃比よりもリーンである。

第１点火プラグ２５１及び第２点火プラグ２５２は共に、圧縮上死点の付近において、混合気に点火する。第１点火プラグ２５１及び第２点火プラグ２５２は、同時に点火をしてもよいし、タイミングをずらして点火をしてもよい。

第１点火プラグ２５１及び第２点火プラグ２５２の点火後、混合気は火炎伝播燃焼する。エンジン１は、燃焼安定性を確保しかつ失火を抑制しながら、運転できる。

（第２ＳＩ燃焼）
エンジン１の運転状態が第１ベースマップ４０１の第３領域、つまり、高負荷領域４１３にある場合に、ＥＣＵ１０は、気筒１１内の混合気を火炎伝播燃焼させる。より具体的に、エンジン１の運転状態が高負荷領域４１３にある場合に、吸気Ｓ－ＶＴ２３１は、吸気弁２１の開閉時期を所定の時期に設定する。吸気ＣＶＶＬ２３２は吸気弁２１のリフト量を所定のリフト量に設定する。吸気弁２１のリフト量は、後述する排気弁２２のリフト量と実質的に同じである。排気Ｓ－ＶＴ２４１は、排気弁２２の開閉時期を所定の時期に設定する。吸気弁２１と排気弁２２とは、吸気上死点の付近において共に開弁する。排気ＶＶＬ２４２は、排気弁２２を１回だけ開閉させる。この吸気弁２１及び排気弁２２の開閉形態によって、気筒１１内には、比較的多量の空気と、比較的少量の既燃ガスとが導入される。既燃ガスは、基本的には、気筒１１内に残留する内部ＥＧＲガスである。

高負荷領域４１３は、負荷が高い領域であるため、プリイグニッション又はノッキングといった異常燃焼が生じやすい。インジェクタ６は、圧縮行程の期間内に、気筒１１内に燃料を噴射する。気筒１１内に燃料を噴射するタイミングを遅くして、点火直前にすることによって、異常燃焼の発生が抑制される。インジェクタ６は、図例に示すように、一括噴射を行ってもよい。気筒１１内には、Ａ／Ｆが理論空燃比でかつ、Ｇ／Ｆが理論空燃比よりもリーンな混合気が形成される。

圧縮行程期間に気筒１１内に噴射された燃料は、その噴射の流動によって拡散する。混合気を急速に燃焼させて、異常燃焼の発生の抑制と、燃焼安定性の向上を図る上で、燃料の噴射圧は高い方が好ましい。高い噴射圧は、圧縮上死点付近において、圧力が高くなっている気筒１１内に、強い流動を生成する。強い流動は、火炎伝播を促進する。

第１点火プラグ２５１及び第２点火プラグ２５２は共に、圧縮上死点の付近において、混合気に点火する。第１点火プラグ２５１及び第２点火プラグ２５２は、同時に点火をしてもよいし、タイミングをずらして点火をしてもよい。負荷が高い高負荷領域４１３において、第１点火プラグ２５１及び第２点火プラグ２５２は、遅角した燃料の噴射タイミングに対応して、圧縮上死点よりも後のタイミングで、点火を行う。第１点火プラグ２５１及び第２点火プラグ２５２の点火後、混合気は火炎伝播燃焼する。二点点火は、急速燃焼を実現する。異常燃焼が発生しやすい高負荷の運転状態において、エンジン１は、燃焼安定性を確保しかつ、異常燃焼を抑制しながら、運転できる。

（エンジンの燃焼制御）
前述のように、ＨＣＣＩ燃焼やＭＰＣＩ燃焼は、圧縮着火燃焼であるため、燃焼が筒内状態量に大きく影響される。このため、図５で示したような、過渡時など、火炎伝播燃焼と圧縮自己着火燃焼との切り替わりに伴い、筒内状態量が大きく変化するときには、目標とする筒内状態量（筒内温度、ＥＧＲ率など）が適切に形成されず、燃焼安定性が低下するおそれがある。特に、吸気系や排気系のデバイスは、応答遅れが比較的大きいため、この応答遅れが原因となり、目標とする筒内状態量を満足しないことがある。そこで、本実施形態では、アクセル開度センサＳＷ７により検出されたアクセル開度に基づいて設定される目標トルクが、所定期間経過後に実現されるようにして、インジェクタ６、点火プラグ２５、吸気側動弁装置（吸気Ｓ－ＶＴ２３１、吸気ＣＶＶＬ２３２）、及び排気側動弁装置（排気Ｓ－ＶＴ２４１、排気ＶＶＬ２４２）を制御するようにした。

図１５は、エンジン１の制御に係るＥＣＵ１０の機能ブロックを例示している。ＥＣＵ１０は、目標トルク設定ブロックＢ１、燃焼形態設定ブロックＢ２、状態量制御ブロックＢ３、状態量推定ブロックＢ４、点火／噴射制御ブロックＢ５、及び、フィードバックブロックＢ６を有している。

目標トルク設定ブロックＢ１は、ドライバのアクセル操作に基づいて、エンジン１の目標トルクを設定するブロックである。目標トルク設定ブロックＢ１には、少なくとも、アクセル開度に係る信号、車速に係る信号、ギヤ段に係る信号、及び、エンジン１のトルク要求に係る各種の信号（例えば、空調用コンプレッサのオン信号等）が入力される。目標トルク設定ブロックＢ１は、詳細は後述するが、現時点のドライバのアクセル操作に基づいて、所定のディレイ時間ｔｄ未来の目標トルクを設定する。従って、目標トルク設定ブロックＢ１は、時間の経過と共に、現時点から所定の未来までの間の目標トルクの遷移を、随時更新する。

燃焼形態設定ブロックＢ２は、設定された目標トルクに基づいて、未来のサイクルにおける燃焼形態を選択するとともに、選択した各サイクルの燃焼形態に従って、目標のＩＭＥＰを設定する。燃焼形態設定ブロックＢ２には、少なくとも、エンジン回転数に係る信号、水温に係る信号、及びギヤ段に係る信号が入力される。これらの信号は主に、燃焼形態の選択に利用される。前述の通り、現時点から所定の未来までの間の目標トルクの遷移が設定されているため、燃焼形態設定ブロックＢ２は、現時点から所定の未来までの間の燃焼形態の遷移、及び、目標ＩＭＥＰの遷移を設定する。

状態量制御ブロックＢ３は、設定された燃焼形態の遷移、及び、目標ＩＭＥＰの遷移に基づいて、各気筒１１の状態量の調整を行う。状態量制御ブロックＢ３には、少なくとも筒内圧センサＳＷ４が計測した筒内圧に係る信号、車速に係る信号、及び、ギヤ段に係る信号が入力される。状態量制御ブロックＢ３は、目標ＩＭＥＰの遷移に基づき、当該目標ＩＭＥＰが実現される気筒１１内の状態量を定めると共に、当該状態量が実現する状態量調整デバイスの制御量を定める。状態量調整デバイスには、吸気Ｓ－ＶＴ２３１、吸気ＣＶＶＬ２３２、排気Ｓ－ＶＴ２４１、排気ＶＶＬ２４２、スロットル弁４３、ＥＧＲ弁５４が少なくとも含まれる。状態量制御ブロックＢ３は、状態量の調整に時間を要することを考慮して、状態量調整デバイスに対して、制御信号の事前に出力する。前述したように、現時点から所定の未来までの間の目標トルクの遷移を設定しているため、ＥＣＵ１０は、ディレイ時間を利用して、制御信号を事前に出力できる。

ここで、目標トルク設定ブロックＢ１、燃焼形態設定ブロックＢ２、及び、状態量制御ブロックＢ３の制御は、エンジン１の全ての気筒１１について共通でかつ、所定時間周期で行われる。これは、ドライバのアクセル操作は時間基準であると共に、吸気Ｓ－ＶＴ２３１、吸気ＣＶＶＬ２３２、排気Ｓ－ＶＴ２４１、及び、排気ＶＶＬ２４２は、気筒１１毎に制御ができず、全気筒１１について共通のデバイスだからである。

状態量推定ブロックＢ４及び点火／噴射制御ブロックＢ５は、前述した所定のディレイ時間が経過した時点における制御を実行する。状態量推定ブロックＢ４及び点火／噴射制御ブロックＢ５は、気筒１１別に、サイクル周期（つまり、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程を１サイクルとする周期）で制御を行う。

状態量推定ブロックＢ４は、当該気筒１１の吸気弁２１が閉じた時点における、気筒１１内の状態量を推定する。状態量推定ブロックＢ４には、吸気カム角センサＳＷ８、排気カム角センサＳＷ９及び吸気カムリフトセンサＳＷ１０の計測信号、及び、吸気行程中に燃料噴射が行われている場合には、その燃料噴射量に係る信号が入力される。また、状態量推定ブロックＢ４には、エンジン回転数に係る信号が、少なくとも入力される。状態量推定ブロックＢ４は、これらの信号に基づいて、気筒１１内の状態量を推定する。具体的に、状態量推定ブロックＢ４は、例えば、吸気弁２１の閉弁タイミングにおける気筒１１内の温度Ｔ_ＩＶＣ、気筒１１内の酸素濃度、ＥＧＲ率、燃料濃度、及び、充填効率を推定する。

状態量推定ブロックＢ４が状態量を推定することによって、ＥＣＵ１０は、燃焼形態設定ブロックＢ２が事前に設定した目標ＩＭＥＰ、及び、燃焼形態と、実際の気筒１１の状態量とが対応しているか否かを判断できる。対応している場合、気筒１１内において燃焼が発生することにより、目標ＩＭＥＰが達成される。対応していない場合、そのままでは、目標ＩＭＥＰが達成されない恐れがある。

点火／噴射制御ブロックＢ５は、状態量の推定後において、インジェクタ６へ、噴射制御信号を出力すると共に、第１点火プラグ２５１及び／又は第２点火プラグ２５２へ、点火制御信号を出力する。点火／噴射制御ブロックＢ５は、状態量推定ブロックＢ４が推定した状態量に基づいて、気筒１１内における燃焼を推定すると共に、推定した燃焼と目標の燃焼とのズレを判断する。推定した燃焼と目標の燃焼との間にズレがない場合、点火／噴射制御ブロックＢ５は、インジェクタ６に、予め設定されたタイミングで、予め設定された量の燃料を、気筒１１内へ噴射させると共に、予め設定されたタイミングで、第１点火プラグ２５１及び／又は第２点火プラグ２５２に、点火させる。推定した燃焼と目標の燃焼との間にズレがある場合、点火／噴射制御ブロックＢ５は、燃料の噴射タイミング及び／又は噴射量を調整すると共に、点火タイミングを調整する（図６の両矢印を参照）。こうすることで、目標ＩＭＥＰ、及び、燃焼形態と、実際の気筒１１の状態量とが対応していなくても、混合気の着火タイミング（強制点火、及び、圧縮自己着火の両方を含む）が適切なタイミングになって、目標ＩＭＥＰが達成できる。

フィードバックブロックＢ６には、筒内圧センサＳＷ４が計測した筒内圧に係る信号、及び、リニアＯ２センサＳＷ１１が計測した排気ガス中の酸素濃度に係る信号が入力される。フィードバックブロックＢ６は、これらの計測信号に基づいて気筒１１内の燃焼を判断すると共に、予定していた燃焼と、実際の燃焼とのズレを判断する。ズレがある場合、フィードバックブロックＢ６は、制御ブロックにフィードバック信号を出力する。制御ブロックは、具体的には、状態量制御ブロックＢ３、及び、点火／噴射制御ブロックＢ５である。フィードバック信号を受けた、状態量制御ブロックＢ３、及び、点火／噴射制御ブロックＢ５は、ズレがなくなるように、制御信号の補正を行う。

以下、各フローチャートを参照しながら、ＥＣＵ１０が実行する燃焼制御をさらに詳細に説明する。

図８のフローチャートは、ＥＣＵ１０が実行する燃焼制御のフローチャートである。

まず、ステップＳ１において、ＥＣＵ１０は、各種センサ情報を取得する。

次に、ステップＳ２において、ＥＣＵ１０は、現時点から所定のディレイ時間未来の特定サイクルにおける目標トルクを設定して、それに対応する目標ＩＭＥＰ及び燃焼形態を設定する。ＥＣＵ１０は、気筒１１毎に燃焼形態を設定する。ステップＳ２の詳細な内容については後述する。

次いで、ステップＳ３において、ＥＣＵ１０は、設定した燃焼形態での燃焼により目標ＩＭＥＰが満足するための筒内状態量を設定して、特定サイクルにおける筒内状態量が設定した筒内状態量となるように吸気動弁機構（吸気Ｓ－ＶＴ２３１、吸気ＣＶＶＬ２３２）及び排気動弁機構（排気Ｓ－ＶＴ２４１、排気ＶＶＬ２４２）をそれぞれ制御する。また、設定した燃焼形態が吸気行程噴射を行う燃焼形態であるときには、ＥＣＵ１０は、インジェクタ６を制御する。また、ＥＣＵ１０は、特定サイクルにおける筒内状態量が設定した筒内状態量となるようにスロットル弁４３及びＥＧＲ弁５４を制御する。ステップＳ３の詳細な内容については後述する。

次に、ステップＳ４において、ＥＣＵ１０は、特定サイクルになったか否か判定する。ＥＣＵ１０は、特定サイクルになったＹＥＳのときには、ステップＳ５に進む。一方で、ＥＣＵ１０は、特定サイクルの前であるＮＯのときには、特定サイクルまでステップＳ４の判定を繰り返す。

前記ステップＳ５では、ＥＣＵ１０は、特定サイクルにおける吸気弁２３の閉弁時の気筒１１内の筒内状態量を推定する。ステップＳ５の詳細な内容については後述する。

次に、ステップＳ６において、ＥＣＵ１０は、インジェクタ６による燃料噴射及び点火プラグ２５による点火の少なくとも一方を制御する。ＥＣＵ１０は、前記ステップＳ２で設定された燃焼形態がＨＣＣＩ燃焼やＭＰＣＩ燃焼であるときには、点火プラグ２５の制御を行わずに、インジェクタ６の制御のみを行う。ＥＣＵ１０は、前記ステップＳ２で設定された燃焼形態がＳＰＣＣＩ燃焼、第１ＳＩ燃焼、及び第２ＳＩ燃焼であるときには、インジェクタ６の制御及び点火プラグ２５の制御の両方を行う。ステップＳ６の詳細な内容については後述する。

次いで、ステップＳ７において、ＥＣＵ１０は、フィードバックを行う。特に、ＥＣＵ１０は、予定していた燃焼と、実際の燃焼との差異に基づいて、吸気動弁機構、排気動弁機構、第１点火プラグ２５１、第２点火プラグ２５２、及び、インジェクタ６の制御に対するフィードバックを行う。

ステップＳ７の後は、プロセスはリターンする。

（燃焼形態の設定）
図９は、燃焼形態を設定する際（すなわち前記ステップＳ２）のＥＣＵ１０の処理動作を示すフローチャートである。

まず、ＥＣＵ１０は、ステップＳ２１において、アクセル開度センサＳＷ７の検出結果を、第１所定時間経過後に実現させるべき、車両の目標加速度に変換する。

次に、ＥＣＵ１０は、ステップＳ２２において、目標加速度から目標トルクを設定する。

次いで、ＥＣＵ１０は、ステップＳ２３において、目標トルクから目標ＩＭＥＰを設定する。

次に、ＥＣＵ１０は、ステップＳ２４において、水温等のセンサ値と目標ＩＭＥＰとから燃焼形態を設定する。

ステップＳ２４の後は、プロセスはリターンして、前記ステップＳ３に移行する。

図１０は、アクセル開度センサＳＷ７の結果から目標ＩＭＥＰを設定する概念を示している。図１０において、横軸は時間であり、上図及び下図で時間軸は同じである。

図１０に示すように、アクセルペダルが踏み込まれたときには、アクセル開度が上昇する（符号１００１を参照）。このときは、ＥＣＵ１０は、第１所定時間ｔ１経過後に実現すべき、車両の加速度を算出する（符号１００２参照）。

この第１所定時間ｔ１は、ドライバがアクセルペダルを踏み込んでから、車両の加速に備えて姿勢を整えるのに十分な時間に設定されている。第１所定時間ｔ１は、例えば、２００ミリ秒である。アクセル操作に対する車両挙動の応答を遅らせることによって、ドライバビリティが向上する。

次に、ＥＣＵ１０は、算出した加速度を実現するために、第１所定時間ｔ１経過時から第２所定時間ｔ２前に出力すべき、エンジン１の目標トルクを算出して、それを目標ＩＭＥＰに変換する。ＥＣＵ１０は、補機抵抗やポンピングロスを考慮して、目標トルクから目標ＩＭＥＰを算出する。第２所定時間ｔ２は、エンジン１により出力された動力がトランスミッション、差動装置、ドライブシャフトなどを伝達して駆動輪に伝達されるまでの時間に相当する。第２所定時間は、例えば、５０ミリ秒である。

この第１所定時間ｔ１と第２所定時間ｔ２との差分（ここでは１５０ミリ秒分）が所定のディレイ時間ｔｄに相当する。これにより、現時点から所定のディレイ時間ｔｄ経過後の特定サイクルで実現すべき目標ＩＭＥＰが設定される。アクセル開度の変化は時間に対して連続し、時々刻々のアクセル開度に対応して目標ＩＭＥＰが設定されるため、目標ＩＭＥＰの時間変化を示す目標ＩＭＥＰ軌道が算出される。そして、この目標ＩＭＥＰ軌道と、冷却水の水温及びギヤ段等に基づいて、図４のベースマップ４０１，４０２に従って、特定サイクルにおける燃焼形態が設定される。尚、特定サイクルは、各気筒１１の現在のサイクルからそれぞれ所定期間経過後の各サイクルである。つまり、各気筒１１に対して特定サイクルが存在する。

ＥＣＵ１０は、目標ＩＭＥＰ、冷却水の水温、及びギヤ段等に応じて、第１ベースマップ４０１及び第２ベースマップ４０２のいずれを採用するかを決定する。ＥＣＵ１０は、基本的には、第１ベースマップ４０１を採用するようにし、所定の条件が全て満たされたときには、第２ベースマップ４０２を優先して採用するようにする。所定の条件は、例えば、（１）冷却水の水温が所定温度以上の温間状態である、（２）ギヤ段が所定の段数以上である、（３）目標ＩＭＥＰの傾き（図５又は図１０下図参照）が所定の傾き未満である、などである。

燃焼形態を設定するときに利用される、冷却水の水温やギヤ段は、現時点において検出された冷却水の水温及びギヤ段が採用される。例示したように、所定のディレイ時間ｔｄは、１秒もないため、基本的には、ディレイ時間ｔｄが経過するまでの間に、冷却水の水温及びギヤ段は変化しない。このため、特定サイクルでの燃焼形態を設定する際に、現時点において検出された冷却水の水温及びギヤ段を利用しても問題とならない。

また、圧縮自己着火燃焼を行う第２ベースマップ４０２の範囲は比較的狭い一方で、目標ＩＭＥＰの傾きが所定以上であると、エンジン１の燃焼形態が、火炎伝播燃焼から圧縮自己着火燃焼へ切り替わり、その後直ぐに、圧縮自己着火燃焼から火炎伝播燃焼へ切り替わるようになる。つまり、圧縮自己着火燃焼の継続時間が、比較的短い。圧縮自己着火燃焼は、ある程度長い時間、継続して行われることによって、エンジン１の燃費性能の向上に寄与する。そこで、目標ＩＭＥＰの傾きが所定の傾き以上である場合は、第２ベースマップ４０２を採用しないことによって、圧縮自己着火燃焼を回避する。目標ＩＭＥＰの傾きが所定の傾き未満である場合は、燃費性能の向上が見込めるため、第２ベースマップ４０２を採用することよって、圧縮自己着火燃焼を行う。

こうして、図１０の下図に示すように、ＥＣＵ１０は、目標ＩＭＥＰ軌道に、各気筒１１を割り当てると共に、各気筒１１の燃焼形態をそれぞれ設定する。ＥＣＵ１０は、サイクル毎に燃焼形態を設定するから、気筒１１毎に、燃焼形態が設定される。本実施形態では、前述したように、第１気筒、第３気筒、第４気筒、第２気筒の順で燃焼するため、ＥＣＵ１０は、燃焼の順番を前記の順番にした上で各気筒１１の燃焼形態をそれぞれされる。これにより、現サイクルから特定サイクルまでの間の燃焼遷移が、事前に設定される。

（吸気系及び排気系の制御）
図１１は、状態量調整デバイスとしての吸気動弁機構及び排気動弁機構を設定する際（すなわち前記ステップＳ３）のＥＣＵ１０の処理動作を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ３１において、ＥＣＵ１０は、現サイクルにおける筒内状態量を推定する。ＥＣＵ１０は、吸気弁２１の閉弁時の筒内状態量を推定する。この筒内状態量は、ＣＩ燃焼の着火時期に関わる状態量であり、筒内圧、筒内温度、酸素濃度などである。ＥＣＵ１０は、カムシャフトの実際の動作からモデルを用いて、内部ＥＧＲ率を推定する。ＥＣＵ１０は、内部ＥＧＲ率、同じ気筒１１の直前のサイクルの排気温度、及び空気の温度から筒内温度、及び酸素濃度を推定する。ＥＣＵ１０はまた、吸気弁２１の閉弁時に筒内圧センサＳＷ４により筒内圧を検出する。ＥＣＵ１０は、気筒１１毎に筒内状態量をそれぞれ推定する。

次に、ステップＳ３２において、ＥＣＵ１０は、設定した目標燃焼形態、目標ＩＭＥＰ、及び推定した現サイクルの筒内状態量から、特定サイクルにおける目標の筒内状態量を算出して、目標筒内状態量として設定する。より具体的には、ＥＣＵ１０は、目標ＩＭＥＰから目標の着火時期を算出する。次に、ＥＣＵ１０は、目標燃焼形態により目標着火時期を実現するための、特に筒内温度及び酸素濃度を気筒１１毎に算出する。

次いで、ステップＳ３３において、ＥＣＵ１０は、目標筒内状態量に到達するための目標内部ＥＧＲ率を気筒１１毎に設定する。ＥＣＵ１０は、燃焼モデルを用いて、内部ＥＧＲ率、筒内状態量、及び燃焼状態（熱発生率など）との関係を計算して、目標筒内状態量及び目標着火時期を満たすことができる目標内部ＥＧＲ率を設定する。ＥＣＵ１０は、少なくともＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とで異なる燃焼モデルを用いる。ＥＣＵ１０は、燃焼形態毎に異なる燃焼モデルを用いてもよい。このステップＳ３３において、現サイクルから特定サイクルまでの、気筒１１内の状態量の遷移、つまり、目標内部ＥＧＲ率の遷移が設定される。

次に、ステップＳ３４において、ＥＣＵ１０は、目標内部ＥＧＲ率に基づいて、吸気動弁機構及び排気動弁機構の目標操作量を気筒１１毎に設定する。吸気動弁機構は、吸気Ｓ－ＶＴ２３１及び吸気ＣＶＶＬ２３２であり、排気動弁機構は、排気Ｓ－ＶＴ２４１及び排気ＶＶＬ２４２である。ＥＣＵ１０は、吸気弁２１及び排気弁２２の動作と内部ＥＧＲ率との関係を計算して、目標内部ＥＧＲ率を満たすことができる吸気動弁機構及び排気動弁機構の目標操作量を気筒１１毎に設定する。

次いで、ステップＳ３５において、ＥＣＵ１０は、吸気動弁機構及び排気動弁機構の目標操作軌道を設定する。吸気動弁機構及び排気動弁機構は、カムシャフトを操作するものであるため、吸気動弁機構及び排気動弁機構を操作すれば、全ての気筒１１の吸気弁２１及び排気弁２２の動作が変更される。このため、吸気動弁機構及び排気動弁機構は、細やかな制御が難しい。そこで、ＥＣＵ１０は、気筒１１毎の吸気動弁機構及び排気動弁機構の目標操作量を出来る限り実現し、かつ吸気動弁機構及び排気動弁機構の操作が連続的になるような目標操作軌道を設定する。

目標操作軌道の設定について、具体的には、図１２に示している。図１２では、吸気Ｓ－ＶＴ２３１及び排気Ｓ－ＶＴ２４１の場合を示している。ＥＣＵ１０は、気筒１１毎に、吸気動弁機構及び排気動弁機構それぞれの目標操作量を時系列で並べる。次に、ＥＣＵ１０は、各目標操作量を１つに統合して、全ての気筒１１の吸気動弁機構及び排気動弁機構の各目標操作量を時系列で並べる。そして、ＥＣＵ１０は、各目標操作量を達成できるような連続した軌道を算出する。ここで算出した軌道が目標操作軌道となる。

次に、ステップＳ３６において、ＥＣＵ１０は、所定のタイミングで吸気動弁機構及び排気動弁機構に電気信号を出力する。状態量の調整には、状態量を調整するデバイスの応答遅れと、デバイスが応答してから、空気又はＥＧＲガスの気筒１１内への導入量が実際に変化するまでの遅れとが含まれる。ＥＣＵ１０は、現サイクルよりも未来のサイクルの目標筒内状態量を設定しかつ、当該目標筒内状態量を実現するための目標操作量を事前に設定する。このことにより、ＥＣＵ１０は、吸気動弁機構及び排気動弁機構を含む状態量調整デバイスの遅れを考慮したタイミングで、制御信号を出力できる。

より詳細に、ＥＣＵ１０は、デバイスモデルを用いて、電気信号に対する吸気動弁機構及び排気動弁機構の動作を推定して、該推定した動作と目標操作軌道とのズレが最小化するような指示値を示す電気信号を生成して、出力する。ステップＳ３６の後は、プロセスはリターンして前記ステップＳ４に進む。

このように、電気信号を最適化することで、ＥＣＵ１０は、吸気動弁機構及び排気動弁機構に電気信号をそれぞれ出力するタイミングと、該電気信号により実際に吸気動弁機構及び排気動弁機構が動作するタイミングとのズレを考慮して、吸気動弁機構及び排気側動弁機に電気信号をそれぞれ出力することができる。具体的には、ＥＣＵ１０は、実際に吸気動弁機構及び排気側動弁機を動作させるタイミングよりも早い時期に、吸気動弁機構及び排気側動弁機に電気信号をそれぞれ出力することができる。

図１３は、吸気Ｓ－ＶＴ２３１に指示値を示す電気信号を出力したタイミングと、吸気Ｓ－ＶＴ２３１の目標操作軌道と、吸気Ｓ－ＶＴ２３１の実際の動作を示す実動作軌道とを示す。（ａ）は、従来の制御のように、吸気Ｓ－ＶＴ２３１の目標操作軌道とほぼ同じタイミングで電気信号が出力された場合を示す。図１３（ａ）に示すように、この制御では、実動作軌道が目標操作軌道に対して遅れてしまうことが分かる。これは、吸気Ｓ－ＶＴ２３１に応答の遅れがあるためである。一方で、本願の制御では、電気信号が、目標操作軌道のタイミングよりも早く出力される。また、出力される制御量（つまり指示値）の傾きは、目標動作の傾きよりも大きい。これにより、吸気Ｓ－ＶＴ２３１に応答遅れがあったとしても、実動作軌道が目標操作軌道とほぼ一致するようになる。尚、実動作のオーバーシュートを抑制するために、制御量は、一時的に低下している。このように、目標操作軌道と実動作軌道とのタイミングがほぼ一致することで、特定サイクルにおいて、目標とする筒内状態量を精度良く形成することができる。

（筒内状態量の推定）
ＥＣＵ１０は、時間の経過によって、サイクルが特定サイクルになったときには、特定サイクルにおける吸気弁２１の閉弁時の筒内状態量を推定する。ＥＣＵ１０は、特定サイクルにおける排気弁２２の閉弁後でかつ吸気弁２１の閉弁前に、当該特定サイクルにおいて計測されたセンサ値に基づいて、前記筒内状態量を推定する（図６参照）。ＥＣＵ１０は、カムシャフトの実際の動作に基づいて、内部ＥＧＲ率を推定する。ＥＣＵ１０は、内部ＥＧＲ率、同じ気筒１１の直前のサイクルの排気温度及び空気の温度から筒内温度、及び酸素濃度を推定する。ＥＣＵ１０はまた、吸気弁２１の閉弁時に筒内圧センサＳＷ４により筒内圧を検出する。筒内状態量の推定によって、ＥＣＵ１０は、特定サイクルに先だって設定した目標筒内状態量と、特定サイクルにおける筒内状態量とのズレを把握することができる。

（噴射／点火制御）
ＥＣＵ１０は、推定された実際の筒内状態量に基づいてインジェクタ６による燃料の噴射、及び第１点火プラグ２５１、第２点火プラグ２５２による点火を制御する。

図１４は、吸気系を設定する際（すなわち前記ステップＳ６）のＥＣＵ１０の処理動作を示すフローチャートである。

ステップＳ６１において、ＥＣＵ１０は、推定された実際の筒内状態量（吸気弁２１の閉弁タイミングにおける気筒１１内の温度Ｔ_ＩＶＣ、気筒１１内の酸素濃度、ＥＧＲ率、燃料濃度、及び、充填効率等）をパラメータにして、燃焼を推定する。ここで用いる燃焼モデルは、目標内部ＥＧＲ率を設定する際に利用した燃焼モデルと同じである。

次に、ステップＳ６２において、ＥＣＵ１０は、前記ステップＳ６１で推定した燃焼と目標とする燃焼とのズレを算出する。この燃焼のズレは、目標筒内状態量と実際の筒内状態量とのズレに起因して発生するものであり、燃焼のズレを比較することは、目標筒内状態量と実際の筒内状態量とのズレを比較することに等しいといえる。ここでいう、「燃焼」には、例えば、熱発生率の変化が含まれる。つまり、ＥＣＵ１０は、例えば、目標とする熱発生率と、推定した熱発生率とのズレを算出する。目標とする燃焼は、目標とする内部ＥＧＲ率を設定する際に推定された燃焼である（ステップＳ３３参照）。目標とする燃焼は、目標筒内状態量をパラメータにして推定された燃焼に相当する。尚、ＥＣＵ１０は、このステップＳ６２において、目標筒内状態量をパラメータにして目標となる燃焼を改めて推定してもよい。

次いで、ステップＳ６３において、ＥＣＵ１０は、前記ステップＳ６２で算出した燃焼状態のズレを補償するように、燃料の噴射量の割合、燃料の噴射タイミング、及び点火タイミングの少なくとも１つを補正する。

燃料の噴射量の割合、燃料の噴射タイミング、及び点火タイミングは、燃焼形態を設定した段階で一旦設定される。そして、このステップＳ６３において、補正されて最終的な燃料の噴射量の割合、燃料の噴射タイミング、及び点火タイミングとされる。尚、燃料の総噴射量は、目標ＩＭＥＰ及び燃焼形態が設定された時点で、目標ＩＭＥＰ及び燃焼形態に応じた総噴射量に設定されている。

状態量の推定が吸気弁２１の閉弁前に行われるため、ＥＣＵ１０は、推定後に、燃料噴射の補正が可能になる。図６に例示するように、ＨＣＣＩ燃焼の吸気行程噴射、ＭＰＣＩ燃焼の吸気行程噴射はそれぞれ、状態量の推定後に行われる。ＥＣＵ１０は、これらの吸気行程噴射の噴射量を補正できる。

そして、ステップＳ６４において、ＥＣＵ１０は、前記ステップＳ６３の補正内容を考慮して、インジェクタ６、及び第１点火プラグ２５１、第２点火プラグ２５２に電気信号を出力する。ステップＳ６４の後は、プロセスはリターンする。

図１６は、ＭＰＣＩ燃焼させる場合において、燃料の噴射量の割合、及び燃料の噴射タイミングによる燃焼（熱発生率）の変化を示す。図１６（ａ）は、スキッシュ噴射によりＭＰＣＩ燃焼させる場合において、圧縮行程の中期における燃料噴射の割合を変化させた場合を示す。噴射割合６０％（図１６（ａ）の破線）は、吸気行程で総燃料噴射量のうち４０％の燃料を噴射し、残りの６０％の燃料を圧縮行程の中期に噴射した場合である。噴射割合１００％（図１６（ａ）の実線）は、吸気行程では噴射せずに、圧縮行程の中期にのみ一括噴射した場合である。どちらの場合でも、燃焼の総噴射量及び噴射タイミングは同じである。図１６（ａ）から分かるように、スキッシュ噴射では、圧縮行程の中期における噴射量の割合が多くなると燃焼が緩慢になる。前述したように、スキッシュ噴射では、気筒１１の壁面に向かって噴射するため、圧縮上死点時における燃料の温度が低くなりやすい。このため、圧縮行程の中期で噴射する割合が多ければ、温度の低い燃料の割合が増えるため、圧縮上死点時における混合気の温度が低くなる。これにより、燃焼が緩慢になる。

図１６（ｂ）は、スキッシュ噴射によりＭＰＣＩ燃焼させる場合において、圧縮行程の中期における燃料噴射の噴射タイミングを変化させた場合を示す。ＴＤＣ前９０°（図１６（ｂ）の破線）は、クランク角が圧縮上死点前９０°であるときに燃料の噴射を開始したことを示し、ＴＤＣ前７０°（図１６（ｂ）の実線）は、クランク角が圧縮上死点前７０°であるときに燃料の噴射を開始したことを示す。どちらのタイミングも燃料の噴射量は同じである。図１６（ｂ）から分かるように、スキッシュ噴射では、圧縮行程の中期における噴射タイミングが遅い方が、燃焼が緩慢になる。これは、気筒１１の壁面に向かって噴射された温度の低い燃料が温められる時間が短くなって、圧縮上死点時における混合気の温度が低くなるためである。

図１６（ｃ）は、トリガー噴射によりＭＰＣＩ燃焼させる場合において、圧縮行程の終期における燃料噴射のタイミングを変化させた場合を示す。ＴＤＣ前５°（図１６（ｃ）の破線）は、クランク角が圧縮上死点前５°であるときに燃料の噴射を開始したことを示し、ＴＤＣ前９°は、クランク角が圧縮上死点前９°（図１６（ｃ）の実線）であるときに燃料の噴射を開始したことを示し、ＴＤＣ前２０°（図１６（ｃ）の一点鎖線）は、クランク角が圧縮上死点前２０°であるときに燃料の噴射を開始したことを示す。どのタイミングも燃料の噴射量は同じである。図１６（ｃ）から分かるように、トリガー噴射では、圧縮行程の終期における噴射タイミングが圧縮上死点に近い方が、燃焼が急峻になる。前述したように、トリガー噴射では、噴射した燃料をキャビティ３１の中の領域に留まらせる。燃料の噴射タイミングが圧縮上死点に近いほど、筒内圧が高くなって燃料が拡散されにくいため、燃料の噴射タイミングが圧縮上死点に近いほど、濃い燃料の混合気塊が形成される。このため、燃料の噴射タイミングが圧縮上死点に近いほど、燃焼が急激に進んで、燃焼が急峻になる。

このことから、燃焼形態としてＭＰＣＩ燃焼が設定されている場合において、前記ステップＳ６２において燃焼が目標よりも急峻になると推定されたときには、ＥＣＵ１０は、前記ステップＳ６３において、スキッシュ噴射の圧縮行程における噴射量を増大させたり、スキッシュ噴射の圧縮行程における噴射タイミングを遅角させたり、トリガー噴射の圧縮行程における噴射タイミングを進角させたりする。逆に、前記ステップＳ６２において燃焼が目標よりも緩慢になると推定されたときには、ＥＣＵ１０は、前記ステップＳ６３において、スキッシュ噴射の圧縮行程における噴射量を減少させたり、スキッシュ噴射の圧縮行程における噴射タイミングを進角させたり、トリガー噴射の圧縮行程における噴射タイミングを遅角させたりする。図示は省略するが、ＳＩ燃焼をさせる場合には、前記ステップＳ６２において燃焼が目標よりも急峻になると推定されたときには、ＥＣＵ１０は、前記ステップＳ６３において、第１点火プラグ２５１、第２点火プラグ２５２の点火を遅角させる一方、前記ステップＳ６２において燃焼が目標よりも緩慢になると推定されたときには、ＥＣＵ１０は、前記ステップＳ６３において、第１点火プラグ２５１、第２点火プラグ２５２の点火を進角させる。

このように、実際の筒内状態量が目標筒内状態量からズレていたとしても、インジェクタ６、及び第１点火プラグ２５１、第２点火プラグ２５２により補正することで、目標の燃焼とすることができる。これにより、筒内状態量が変化する過渡時においても、各燃焼形態での燃焼を高い安定性でもって実現させることができる。

したがって、本実施形態では、エンジンシステムＥは、車両のアクセルペダルの操作を検出するアクセル開度センサＳＷ７と、アクセル開度センサＳＷ７からの電気信号に基づいて、インジェクタ６、点火プラグ２５、状態量調整デバイス（吸気Ｓ－ＶＴ２３１、吸気ＣＶＶＬ２３２、排気Ｓ－ＶＴ２４１、排気ＶＶＬ２４２、スロットル弁４３、ＥＧＲ弁５４）にそれぞれ電気信号を出力するＥＣＵ１０と、を備え、エンジン１は、インジェクタ６から気筒１１内に噴射された燃料を、第１点火プラグ２５１及び／又は第２点火プラグ２５２で点火させることにより燃焼させるＳＩ燃焼と、インジェクタ６から気筒１１内に噴射された燃料を、第１点火プラグ２５１及び第２点火プラグ２５２で点火させることなく、圧縮自己着火させるＣＩ燃焼と、を実行可能であり、ＥＣＵ１０は、アクセル開度センサＳＷ７により検出されたアクセル開度に基づいて設定される目標トルクが、現時点から所定のディレイ時間ｔｄ未来の特定サイクルで実現されるようにインジェクタ６、第１点火プラグ２５１、第２点火プラグ２５２、及び状態量調整デバイスを制御する燃焼制御を実行し、ＥＣＵ１０はまた、燃焼制御において、アクセル開度センサＳＷ７により検出されたアクセル開度に基づいて、特定サイクルにおける目標ＩＭＥＰを設定する目標負荷設定処理（ステップＳ２１～ステップＳ２３）と、目標負荷設定処理で設定された目標ＩＭＥＰに応じた燃焼形態を予め設定する燃焼予定設定処理（ステップＳ２４）と、燃焼予定設定処理で設定された燃焼形態が、特定サイクルで実現されるように、特定サイクルにおける吸気弁２１の閉弁時の筒内状態量を設定する目標状態量設定処理（ステップＳ３２）と、特定サイクルにおける気筒１１内の状態量が目標筒内状態量となるよう、特定サイクルよりも前に、状態量調整デバイスへ制御信号を出力する信号出力処理（ステップＳ３６）と、所定のディレイ時間ｔｄが経過して、サイクルが特定サイクルになった時に、特定サイクルにおける吸気弁２１の閉弁時の実際の筒内状態量を推定する筒内状態量推定処理（ステップＳ５）と、目標筒内状態量と筒内状態量推定処理で推定された推定筒内状態量とがズレているときには、インジェクタ６、第１点火プラグ２５１、及び第２点火プラグ２５２の少なくとも１つの操作量を調整する噴射／点火調整処理（ステップＳ６３）と、を実行する。これにより、状態量調整デバイスの応答遅れや、吸気動弁機構や排気動弁機構が作動してから吸気弁２１及び排気弁２２が作動するまでのタイムラグによる筒内状態量への影響を出来る限り抑制することができるため、目標とする筒内状態量と実際の筒内状態量とのズレを出来る限り小さくすることができる。そして、目標筒内状態量と実際の筒内状態量とのズレをインジェクタ６による燃料の噴射形態や点火プラグ２５１，２５２による点火を調整することで、設定した燃焼形態を安定して実現させることができる。この結果、過渡時における燃焼安定性を向上させることができる。

特に、本実施形態では、ＥＣＵ１０は、噴射／点火調整処理において、筒内状態量が目標筒内状態量であると仮定したときの熱発生率である第１熱発生率を燃焼モデルにより推定する（ステップＳ３３、Ｓ６２）とともに、筒内状態量が推定筒内状態量であると仮定したときの熱発生率である第２熱発生率を前記燃焼モデルにより推定し（ステップＳ６１）、第１熱発生率と第２熱発生率をと比較して、インジェクタ６及び点火プラグ２５１，２５２の少なくとも１つの操作量を調整する。これにより、実際に推定される燃焼（特に熱発生率の変化）を考慮して、インジェクタ６及び点火プラグ２５１，２５２の少なくとも一方の操作量が調整される。これにより、過渡時における燃焼安定性をより向上させることができる。

また、本実施形態では、エンジン１の気筒１１は複数あり、ＥＣＵ１０は、筒内状態量推定処理及び噴射／点火設定処理を、気筒１１毎に実行する。これにより、気筒１１毎に筒内状態量を推定して、インジェクタ６による燃料の噴射形態や点火プラグ２５１，２５２による点火を調整することができる。この結果、過渡時における燃焼安定性をより向上させることができる。

また、本実施形態では、ＥＣＵ１０は、筒内状態量推定処理を、排気弁２２の閉弁後でかつ吸気弁２１の閉弁前に実行する。排気弁２２の閉弁後であれば、排気弁２２の開閉動作に基づいて、筒内のＥＧＲ率について精度良く推定することが可能である。これにより、実際の筒内状態量を精度良く推定することができ、インジェクタ６による燃料の噴射形態や点火プラグ２５１，２５２による点火を精度良く調整することができる。したがって、過渡時における燃焼安定性をより向上させることができる。

また、本実施形態では、スキッシュ噴射によりＭＰＣＩ燃焼を実行させるときに、推定される熱発生率の変化が目標とする熱発生率の変化に対して急峻であるときには、インジェクタ６による圧縮行程の中期での燃料噴射タイミングを遅角させる。一方で、本実施形態では、トリガー噴射によりＭＰＣＩ燃焼を実行させるときに、推定される熱発生率の変化が目標とする熱発生率の変化に対して急峻であるときには、インジェクタ６による圧縮行程の終期での燃料噴射タイミングを進角させる。これらにより、特にＭＰＣＩ燃焼を安定して実行させることができる。この結果、燃費の向上を図ることができる。

また、本実施形態では、気筒１１内の圧力を検出する筒内圧センサＳＷ６を備え、ＣＣＵ１０は、筒内状態量推定処理において、筒内圧センサＳＷ６の検出結果を考慮して、特定サイクルにおける筒内状態量を推定する。これにより、筒内状態量を精度良く推定することができるため、インジェクタ６による燃料の噴射形態や点火プラグ２５１，２５２による点火を精度良く調整することができる。したがって、過渡時における燃焼安定性をより向上させることができる。

（その他の実施形態）
ここに開示された技術は、前述の実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。

例えば、前述の実施形態では、推定された実際の筒内状態量をパラメータにして、燃焼モデルにより燃焼を推定して、推定した燃焼と目標とする燃焼とのズレからインジェクタ６、及び第１点火プラグ２５１、第２点火プラグ２５２の少なくとも１つの操作量を調整していた。これに限らず、燃焼状態を推定することなく、推定された実際の筒内状態量と目標筒内状態量とのズレに基づいて、インジェクタ６及び点火プラグ２５の少なくとも一方の操作量を調整してもよい。例えば、筒内温度が目標筒内温度よりも高いときには、ＭＰＣＩ燃焼では、スキッシュ噴射のタイミングを遅角させたり、トリガー噴射のタイミングを進角させたりする一方、ＳＩ燃焼では、第１点火プラグ２５１、第２点火プラグ２５２による点火タイミングを遅角させる。一方で、筒内温度が目標筒内温度よりも低いときには、ＭＰＣＩ燃焼では、スキッシュ噴射のタイミングを進角させたり、トリガー噴射のタイミングを遅角させたりする一方、ＳＩ燃焼では、第１点火プラグ２５１、第２点火プラグ２５２による点火タイミングを進角させたりする。また、ＳＩ燃焼させる場合に、空気の導入力が目標よりも多く導入されて、燃焼が目標よりも急峻になると推定されたときには、第１点火プラグ２５１、第２点火プラグ２５２の点火を遅角させる。

前述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本開示の範囲を限定的に解釈してはならない。本開示の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本開示の範囲内のものである。

ここに開示された技術は、車両に搭載され、インジェクタと、点火プラグと、状態量調整デバイスとを有するエンジンを備えたエンジンシステム、及びエンジンの制御方法として有用である。

１ エンジン
１０ ＥＣＵ（コントローラー）
１１ 気筒
２１ 吸気弁
２２ 排気弁
２３１ 吸気Ｓ－ＶＴ（状態量調整デバイス）
２３２ 吸気ＣＶＶＬ（状態量調整デバイス）
２４１ 排気Ｓ－ＶＴ（状態量調整デバイス）
２４２ 排気ＶＶＬ（状態量調整デバイス）
２５１ 第１点火プラグ
２５２ 第２点火プラグ
４３ スロットル弁（状態量調整デバイス）
５４ ＥＧＲ弁（状態量調整デバイス）
６ インジェクタ
Ｅ エンジンシステム
ＳＷ５ 筒内圧センサ
ＳＷ７ アクセル開度センサ（アクセル操作検出器）

Claims (8)

1. 車両に搭載され、インジェクタと、点火プラグと、状態量調整デバイスとを有するエンジンを備えたエンジンシステムであって、
   前記車両のアクセルペダルの操作を検出するアクセル操作検出器と、
   前記アクセル操作検出器からの電気信号に基づいて、前記インジェクタ、前記点火プラグ、及び前記状態量調整デバイスにそれぞれ電気信号を出力するコントローラーと、を更に備え、
   前記エンジンは、前記インジェクタから気筒内に噴射された燃料を、前記点火プラグで点火させることにより燃焼させる火炎伝播燃焼と、前記インジェクタから前記気筒内に噴射された燃料を、前記点火プラグで点火させることなく、圧縮自己着火させる圧縮自己着火燃焼と、を実行可能であり、
   前記コントローラーは、前記アクセル操作検出器により検出されたアクセル開度に基づいて設定される目標トルクが、現時点から所定のディレイ時間未来の特定サイクルで実現されるように前記インジェクタ、前記点火プラグ、及び前記状態量調整デバイスを制御する燃焼制御を実行し、
   前記コントローラーはまた、前記燃焼制御において、
   前記アクセル操作検出器により検出されたアクセル開度に基づいて、前記特定サイクルにおける目標負荷を設定する目標負荷設定処理と、
   前記目標負荷設定処理で設定された前記目標負荷に応じた燃焼形態を予め設定する燃焼予定設定処理と、
   前記燃焼予定設定処理で設定された燃焼形態が、前記特定サイクルで実現されるように、前記特定サイクルにおける吸気弁の閉弁時の筒内状態量を設定する目標状態量設定処理と、
   前記特定サイクルにおける前記気筒内の状態量が前記目標筒内状態量となるよう、前記特定サイクルよりも前に、状態量調整デバイスへ制御信号を出力する信号出力処理と、
   前記所定のディレイ時間が経過して、サイクルが前記特定サイクルになった時に、該特定サイクルにおける吸気弁の閉弁時の実際の筒内状態量を推定する筒内状態量推定処理と、
   前記目標筒内状態量と前記筒内状態量推定処理で推定された推定筒内状態量とにズレがあるときには、前記インジェクタ及び前記点火プラグの少なくとも一方の操作量を調整する噴射／点火調整処理と、
   を実行することを特徴とするエンジンシステム。
2. 請求項１に記載のエンジンシステムにおいて、
   前記エンジンの前記気筒は複数あり、
   前記コントローラーは、前記筒内状態量推定処理及び前記噴射／点火設定処理を、前記気筒毎に実行することを特徴とするエンジンシステム。
3. 請求項１又は２に記載のエンジンシステムにおいて、
   前記コントローラーは、前記筒内状態量推定処理を、排気弁の閉弁後でかつ吸気弁の閉弁前に実行することを特徴とするエンジンシステム。
4. 請求項１～３のいずれか１つに記載のエンジンシステムにおいて、
   前記コントローラーは、前記噴射／点火調整処理において、筒内状態量が前記目標筒内状態量であると仮定したときの熱発生率である第１熱発生率を燃焼モデルにより推定するとともに、筒内状態量が前記推定筒内状態量であると仮定したときの熱発生率である第２熱発生率を前記燃焼モデルにより推定し、前記第１熱発生率と前記第２熱発生率をと比較して、前記インジェクタ及び前記点火プラグの少なくとも一方の操作量を調整することを特徴とするエンジンシステム。
5. 請求項４に記載のエンジンシステムにおいて、
   前記インジェクタは、前記シリンダの中央部から周辺部に向かって、放射状に広がるように燃料を噴射し、
   前記コントローラーは、前記噴射／点火調整処理において、
   前記燃焼予定設定処理により設定された燃焼形態が、圧縮行程の中期において燃料を噴射する前記圧縮自己着火燃焼であり、かつ前記第２熱発生率の変化が前記第１熱発生率の変化に対して急峻であるときには、前記インジェクタによる圧縮行程での燃料噴射タイミングを遅角させることを特徴するエンジンシステム。
6. 請求項４又は５に記載のエンジンシステムにおいて、
   前記インジェクタは、前記シリンダの中央部から周辺部に向かって、放射状に広がるように燃料を噴射し、
   前記コントローラーは、前記噴射／点火調整処理において、
   前記燃焼予定設定処理により設定された燃焼形態が、圧縮行程の終期において燃料を噴射する前記圧縮自己着火燃焼であり、かつ前記第２熱発生率の変化が前記第１熱発率の変化に対して急峻であるときには、前記インジェクタによる圧縮行程での燃料噴射タイミングを進角させることを特徴するエンジンシステム。
7. 請求項１～５のいずれか１つに記載のエンジンシステムにおいて、
   前記気筒内の圧力を検出する筒内圧検出器を更に備え、
   前記コントローラーは、前記筒内状態量推定処理において、前記筒内圧検出器の検出結果を考慮して、前記特定サイクルにおける筒内状態量を推定することを特徴とするエンジンシステム。
8. アクセル操作検出器から検出信号を受けたコントローラーが、現時点のアクセル開度に基づいて、現時点に対して、所定のディレイ時間未来の特定サイクルにおける目標トルクを設定し、
   前記コントローラーが、前記特定サイクルにおける燃焼を、点火プラグを使って気筒内の燃料を強制点火させる火炎伝播燃焼と、前記点火プラグを使わずに前記気筒内の燃料を圧縮自己着火させる圧縮自己着火燃焼と、から事前に選択し、
   前記コントローラーが、選択した燃焼形態が、前記特定サイクルで実現されるように、該特定サイクルにおける吸気弁の閉弁時の目標筒内状態量を設定し、
   前記コントローラーが、前記特定サイクルにおける前記気筒内の状態量が前記目標筒内状態量となるよう、前記特定サイクルよりも前に、状態量調整デバイスへ制御信号を出力し、
   前記コントローラーが、前記所定のディレイ時間が経過して、サイクルが前記特定サイクルになった時に、該特定サイクルにおける吸気弁の閉弁時の実際の筒内状態量を推定し、
   前記コントローラーが、前記目標筒内状態量と実際の筒内状態量とがズレているときには、前記インジェクタ及び前記点火プラグの少なくとも一方の操作量を調整することを特徴とするエンジンの制御方法。

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