JP6536541B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関する。

特許文献１には、従来の内燃機関の制御装置として、燃焼室にオゾンを供給するためのオゾン供給装置の故障を、筒内圧センサによって検出した筒内圧力に基づいて診断するように構成されたものが開示されている。

特開２００８−０２５４０５号公報

しかしながら、予混合気を圧縮自着火燃焼させて機関本体の運転を行う運転領域を持つ内燃機関の場合、例えば吸気温度が目標値からズレた場合など、その他の装置が故障した場合にもオゾン供給装置が故障した場合と同様な変化が生じる。そのため、オゾン供給装置と他の装置との故障判別を行うことができず、オゾン供給装置の故障判定の精度が低下するという問題点がある。

本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、オゾン供給装置の故障判定の精度の低下を抑制することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば機関本体と、機関本体の燃焼室に直接燃料を供給する燃料供給装置と燃焼室に直接又は間接的にオゾンを供給するオゾン供給装置と、を備える内燃機関を制御する制御装置が、所定の運転領域において、燃焼室内で空間的又は時間的にオゾン濃度差を生じさせることで、燃焼室内で予混合気が段階的に圧縮自着火燃焼するように燃料供給装置及びオゾン供給装置を制御する燃焼制御部と、所定の運転領域において、オゾン供給装置の故障を判定するオゾン故障判定部と、を備える。オゾン故障判定部は、予混合気の自着火時期を検出する自着火時期検出部と、予混合気の予想自着火時期を算出する予想自着火時期算出部と、予混合気を圧縮自着火燃焼させたときの燃焼騒音を検出する燃焼騒音検出部と、予混合気を圧縮自着火燃焼させたときの予想燃焼騒音を算出する予想燃焼騒音算出部と、を備え、自着火時期が予想自着火時期よりも遅角していて、かつ燃焼騒音が予想燃焼騒音よりも大きいとき、又は自着火時期が予想自着火時期よりも進角していて、かつ燃焼騒音が予想燃焼騒音よりも小さいときに、オゾン供給装置が故障していると判定する。

本発明のこの態様によれば、オゾン供給装置が故障しているのか、又はその他の装置が故障しているのかを判定することできるため、オゾン供給装置の故障判定の精度の低下を抑制することができる。

図１は、本発明の第１実施形態による内燃機関及び内燃機関を制御する電子制御ユニットの概略構成図である。 図２は、本発明の第１実施形態による内燃機関の機関本体の断面図である。 図３Ａは、本発明の第１実施形態による内燃機関の気筒をシリンダヘッド側から見た概略図である。 図３Ｂは、本発明の第１実施形態の第１変形例による内燃機関の気筒をシリンダヘッド側から見た概略図である。 図３Ｃは、本発明の第１実施形態の第２変形例による内燃機関の気筒をシリンダヘッド側から見た概略図である。 図４は、機関本体の運転領域を示す図である。 図５Ａは、ＣＩ運転モード中における吸気弁及び排気弁の開弁動作の一例を示した図である。 図５Ｂは、ＣＩ運転モード中における吸気弁及び排気弁の開弁動作の一例を示した図である。 図６は、予混合圧縮自着火燃焼を実施した場合のクランク角と熱発生率との関係を示した図である。 図７は、燃焼室内において空間的に濃度差が生じるように吸気行程中にオゾンを供給しつつ、予混合圧縮自着火燃焼を実施した場合のクランク角と熱発生率との関係を示した図である。 図８は、オゾン量通常時、オゾン量過少時及びオゾン量過多時の各熱発生率パターンの一例を示した図である。 図９は、或る機関運転状態における、オゾン供給量と、予混合圧を圧縮自着火燃焼させたときの自着火時期及び燃焼騒音と、の関係を示した図である。 図１０は、或る機関運転状態における、吸気温度、実圧縮比及びＥＧＲ率と、予混合圧を圧縮自着火燃焼させたときの自着火時期及び燃焼騒音と、の関係を示した図である。 図１１は、本発明の第１実施形態によるＣＩ運転モード中におけるオゾン供給装置の故障判定制御について説明するフローチャートである。 図１２は、筒内圧力Ｐに基づいて実自着火時期を検出する方法について説明する図である。 図１３は、累積熱発生量に基づいて実自着火時期を検出する方法について説明する図である。 図１４は、累積熱発生量に基づいて実自着火時期を検出する別の方法について説明する図である。 図１５は、オゾン量通常時、オゾン量過少時及びオゾン量過多時の各熱発生率パターンの一例を示した図である。 図１６は、或る機関運転状態における、オゾン供給量と、予混合圧を圧縮自着火燃焼させたときの自着火時期、燃焼騒音及び自着火燃焼期間と、の関係を示した図である。 図１７は、或る機関運転状態における、吸気温度、実圧縮比及びＥＧＲ率と、予混合圧を圧縮自着火燃焼させたときの自着火時期、燃焼騒音及び自着火燃焼期間と、の関係を示した図である。 図１８は、本発明の第２実施形態によるＣＩ運転モード中におけるオゾン供給装置の故障判定制御について説明するフローチャートである。 図１９は、燃料噴射量通常時、燃料噴射量過少時及び燃料噴射量過多時の各熱発生率パターンの一例を示した図である。 図２０は、本発明の第３実施形態によるＣＩ運転モード中におけるオゾン供給装置の故障判定制御について説明するフローチャートである。 図２１は、本発明の第３実施形態による燃料供給装置の故障判定制御について説明するフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。

（第１実施形態）

まず、図１から図３Ａを参照して本発明の第１実施形態による内燃機関１００、及び内燃機関１００を制御する電子制御ユニット２００の構成について説明する。図１は、本実施形態による内燃機関１００、及び内燃機関１００を制御する電子制御ユニット２００の概略構成図である。図２は、内燃機関１００の機関本体１の概略断面図である。図３Ａは、気筒１０をシリンダヘッド側から見た概略図である。

内燃機関１００は、複数の気筒１０を備える機関本体１と、燃料供給装置２と、吸気装置３と、排気装置４と、吸気動弁装置５と、排気動弁装置６と、を備える。

機関本体１は、各気筒１０に形成される燃焼室１１内（図２参照）で燃料を燃焼させて、例えば車両などを駆動するための動力を発生させる。機関本体１には、気筒毎に点火装置としての１つの点火プラグ１６が、各気筒１０の燃焼室１１に臨むように設けられると共に、気筒毎に一対の吸気弁５０と一対の排気弁６０とが設けられる。図２に示すように、各気筒１０の内部には、燃焼圧力を受けて各気筒１０の内部を往復運動するピストン１２が収められる。ピストン１２は、コンロッドを介してクランクシャフトと連結されており、クランクシャフトによってピストン１２の往復運動が回転運動に変換される。

燃料供給装置２は、電子制御式の燃料噴射弁２０と、デリバリパイプ２１と、サプライポンプ２２と、燃料タンク２３と、圧送パイプ２４と、を備える。

燃料噴射弁２０は、燃焼室１１の中央頂部に配置され、各気筒１０の燃焼室１１に臨むように各気筒１０に１つ設けられる。図２に示すように本実施形態では、点火プラグ１６の電極部１６ａが、燃料噴射弁２０の燃料噴射領域Ｒ内又は燃料噴射領域Ｒの近傍に位置するように、点火プラグ１６と燃料噴射弁２０とが隣接して配置されている。これにより、燃料噴射の直後に燃料噴射領域Ｒ内又は燃料噴射領域Ｒの近傍の燃料噴霧に対して点火を行ういわゆるスプレーガイドが実施できるようにしている。燃料噴射弁２０の開弁時間（噴射量）及び開弁時期（噴射時期）は電子制御ユニット２００からの制御信号によって変更され、燃料噴射弁２０が開弁されると燃料噴射弁２０から燃焼室１１内に直接燃料が噴射される。

デリバリパイプ２１は、圧送パイプ２４を介して燃料タンク２３に接続される。圧送パイプ２４の途中には、燃料タンク２３に貯蔵された燃料を加圧してデリバリパイプ２１に供給するためのサプライポンプ２２が設けられる。デリバリパイプ２１は、サプライポンプ２２から圧送されてきた高圧燃料を一時的に貯蔵する。燃料噴射弁２０が開弁されると、デリバリパイプ２１に貯蔵された高圧燃料が燃料噴射弁２０から燃焼室１１内に直接噴射される。デリバリパイプ２１には、デリバリパイプ２１内の燃料圧力、すなわち燃料噴射弁２０から気筒内に噴射される燃料の圧力（噴射圧）を検出するための燃圧センサ２１１が設けられる。

サプライポンプ２２は、吐出量を変更することができるように構成されており、サプライポンプ２２の吐出量は、電子制御ユニット２００からの制御信号によって変更される。サプライポンプ２２の吐出量を制御することで、デリバリパイプ２１内の燃料圧力、すなわち燃料噴射弁２０の噴射圧が制御される。

吸気装置３は、燃焼室１１内に吸気を導くための装置であって、燃焼室１１内に吸入される吸気の状態（吸気圧、吸気温、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガス量）を変更することができるように構成されている。吸気装置３は、吸気通路３０と、吸気マニホールド３１と、ＥＧＲ通路３２と、を備える。

吸気通路３０は、一端がエアクリーナ３４に接続され、他端が吸気マニホールド３１の吸気コレクタ３１ａに接続される。吸気通路３０には、上流から順にエアフローメータ２１２、排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７１、インタークーラ３５及びスロットル弁３６が設けられる。

エアフローメータ２１２は、吸気通路３０内を流れて最終的に気筒１０内に吸入される空気の流量を検出する。

コンプレッサ７１は、コンプレッサハウジング７１ａと、コンプレッサハウジング７１ａ内に配置されたコンプレッサホイール７１ｂと、を備える。コンプレッサホイール７１ｂは、同軸上に取り付けられた排気ターボチャージャ７のタービンホイール７２ｂによって回転駆動され、コンプレッサハウジング７１ａ内に流入してきた吸気を圧縮して吐出する。排気ターボチャージャ７のタービン７２には、タービンホイール７２ｂの回転速度を制御するための可変ノズル７２ｃが設けられており、可変ノズル７２ｃによってタービンホイール７２ｂの回転速度が制御されることで、コンプレッサハウジング７１ａ内から吐出される吸気の圧力（過給圧）が制御される。

インタークーラ３５は、コンプレッサ７１によって圧縮されて高温になった吸気を、例えば走行風や冷却水などによって冷却するための熱交換器である。インタークーラ３５によって、筒内に吸入される吸気の温度（吸気温度）が所望の温度に制御される。

スロットル弁３６は、吸気通路３０の通路断面積を変化させることで、吸気マニホールド３１に導入する吸気量を調整する。スロットル弁３６は、スロットルアクチュエータ３６ａによって開閉駆動され、スロットルセンサ２１３によってその開度（スロットル開度）が検出される。

吸気マニホールド３１は、機関本体１に形成された吸気ポート１４に接続されており、吸気通路３０から流入してきた吸気を、吸気ポート１４を介して各気筒１０の燃焼室１１内に均等に分配する。吸気マニホールド３１の吸気コレクタ３１ａには、筒内に吸入される吸気の圧力（吸気圧力）を検出するための吸気圧センサ２１４と、筒内に吸入される吸気の温度（吸気温度）を検出するための吸気温センサ２１５と、が設けられる。

ＥＧＲ通路３２は、排気マニホールド４１と吸気マニホールド３１の吸気コレクタ３１ａを連通し、各気筒１０から排出された排気の一部を圧力差によって吸気コレクタ３１ａに戻すための通路である。以下、ＥＧＲ通路３２に流入した排気のことを「外部ＥＧＲガス」という。外部ＥＧＲガスを吸気コレクタ３１ａ、ひいては各気筒１０に還流させることで、燃焼温度を低減させて窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出を抑えることができる。ＥＧＲ通路３２には、上流から順にＥＧＲクーラ３７と、ＥＧＲ弁３８と、が設けられる。

ＥＧＲクーラ３７は、ＥＧＲガスを、例えば走行風や冷却水などによって冷却するための熱交換器である。

ＥＧＲ弁３８は、連続的又は段階的に開度を調整することができる電磁弁であり、その開度は機関運転状態に応じて電子制御ユニット２００によって制御される。ＥＧＲ弁３８の開度を制御することで、吸気コレクタ３１ａに還流させるＥＧＲガスの流量が調節される。

排気装置４は、筒内から排気を排出するための装置であって、排気マニホールド４１と、排気通路４２と、を備える。

排気マニホールド４１は、機関本体１に形成された排気ポート１５に接続されており、各気筒１０から排出された排気を纏めて排気通路４２に導入する。

排気通路４２には、上流から順に排気ターボチャージャ７のタービン７２と、排気後処理装置４３と、が設けられる。

タービン７２は、タービンハウジング７２ａと、タービンハウジング７２ａ内に配置されたタービンホイール７２ｂと、を備える。タービンホイール７２ｂは、タービンハウジング７２ａ内に流入してきた排気のエネルギによって回転駆動され、同軸上に取り付けられたコンプレッサホイール７１ｂを駆動する。

タービンホイール７２ｂの外側には、前述した可変ノズル７２ｃが設けられている。可変ノズル７２ｃは絞り弁として機能し、可変ノズル７２ｃのノズル開度（弁開度）は電子制御ユニット２００によって制御される。可変ノズル７２ｃのノズル開度を変化させることでタービンホイール７２ｂを駆動する排気の流速をタービンハウジング７２ａ内で変化させることができる。すなわち、可変ノズル７２ｃのノズル開度を変化させることで、タービンホイール７２ｂの回転速度を変化させて過給圧を変化させることができる。具体的には、可変ノズル７２ｃのノズル開度を小さくする（可変ノズル７２ｃを絞る）と、排気の流速が上がってタービンホイール７２ｂの回転速度が増大し、過給圧が増大する。

排気後処理装置４３は、排気を浄化した上で外気に排出するための装置であって、有害物質を浄化する各種の排気浄化触媒や有害物質を捕集するフィルタなどを備える。

吸気動弁装置５は、各気筒１０の吸気弁５０を開閉駆動するための装置であって、機関本体１に設けられる。本実施形態による吸気動弁装置５は、吸気弁５０の開閉時期を任意の時期に制御できるように、例えば電磁アクチュエータによって吸気弁５０を開閉駆動するように構成される。しかしながら、これに限らず、吸気カムシャフトによって吸気弁５０を開閉駆動するように構成し、当該吸気カムシャフトの一端部に油圧制御によってクランクシャフトに対する吸気カムシャフトの相対位相角を変更する可変動弁機構を設けることによって、吸気弁５０の開閉時期を制御できるようにしてもよい。

排気動弁装置６は、各気筒１０の排気弁６０を開閉駆動するための装置であって、機関本体１に設けられる。本実施形態による排気動弁装置６は、各気筒１０の排気弁６０を排気行程中に開弁させると共に、必要に応じて吸気行程中にも開弁させることができるように構成される。本実施形態ではこのような排気動弁装置６として、電子制御ユニット２００によって制御される電磁アクチュエータを採用し、各気筒１０の排気弁６０を電磁アクチュエータによって開閉駆動することで、排気弁６０の開閉時期やリフト量を任意の時期及びリフト量に制御している。なお、排気動弁装置６としては、電磁アクチュエータに限らず、例えば油圧等によってカムプロフィールを変更することで排気弁６０の開閉時期やリフト量を変更する動弁装置を採用することもできる。

図１及び図３Ａに示すように、本実施形態による内燃機関１００は、オゾン供給装置としての放電プラグ８１をさらに備える。放電プラグ８１は、各気筒１０の燃焼室１１に臨むように、各気筒１０にそれぞれ１つずつ設けられる。放電プラグ８１は、電子制御ユニット２００によって制御され、放電（無声放電やコロナ放電、ストリーマ放電等）によって燃焼室１１内の酸素をオゾンに変換し、燃焼室１１内にオゾンを供給する。

図３Ａに示すように本実施形態では、放電プラグ８１を気筒１０の中心に対して偏りをもって配置すると共に、吸気ポート１４の燃焼室開口部１４ａと排気ポート１５の燃焼室開口部１５ａとの間に配置している。また本実施形態では、吸気ポート１４の一方の燃焼室開口部１４ａから燃焼室１１内に吸入される吸気と、他方の燃焼室開口部１４ｂから燃焼室１１内に吸入される吸気と、が燃焼室１１内で混合されるのを抑制するために、燃焼室開口部１４ａ及び燃焼室開口部１４ｂから燃焼室１１内に吸入される吸気が、それぞれ燃焼室１１内でタンブル流を起こすように吸気ポート１４を形成している。

これにより、放電プラグ８１によって例えば吸気行程中にオゾンを生成することで、燃焼室１１内において、吸気ポート１４の燃焼室開口部１４ａから吸入された吸気が主に存在する領域のオゾン濃度を、吸気ポート１４の燃焼室開口部１４ｂから吸入された吸気が主に存在する領域のオゾン濃度よりも高くすることができる。このように本実施形態では、燃焼室１１内で空間的に濃度差が生じるようにオゾンを供給することができるように、機関本体１及びオゾン供給装置を構成している。

なお、燃焼室１１内で空間的に濃度差が生じるようにオゾンを供給する方法は、このような方法以に限られるものではない。

例えば図３Ｂの本実施形態の第１変形例による内燃機関１００のように、主に燃焼室開口部１４ａから燃焼室１１内に吸入される吸気にオゾンが含まれるように、吸気ポート１４に１つの放電プラグ８１を設けても良い。また図３Ｃの本実施形態の第２変形例による内燃機関１００のように、燃焼室開口部１４ａ及び燃焼室開口部１４ｂから燃焼室１１内にそれぞれ吸入される吸気にオゾンが含まれるように２つの放電プラグ８１を設け、各放電プラグ８１によるオゾンの生成量を異ならせるようにしても良い。

また図示はしないが、予め生成しておいたオゾンを噴射弁等によって燃焼室１１内又は吸気ポート１４内に噴射することによって、燃焼室１１内で濃度差が生じるようにオゾンを供給することができるようにオゾン供給装置を構成しても良い。

電子制御ユニット２００は、デジタルコンピュータから構成され、双方性バス２０１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）２０２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２０３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）２０４、入力ポート２０５及び出力ポート２０６を備える。

入力ポート２０５には、前述した燃圧センサ２１１などの出力信号の他にも、気筒毎に設けられて気筒１０の内部圧力（以下「筒内圧力」という。）を検出するための筒内圧センサ２１９や、機関本体１に設けられて機関本体１の燃焼騒音（燃焼加振力）を検出するためのノックセンサ２２０、排気マニホールド４１に設けられて排気の空燃比を検出する空燃比センサ２２１などの出力信号が、対応する各ＡＤ変換器２０７を介して入力される。ノックセンサ２２０は、圧電素子を備えた振動センサの一種であり、機関本体１の振動に応じた電圧をノック強度（燃焼騒音）として出力する。

また入力ポート２０５には、機関負荷を検出するための信号として、アクセルペダル２３１の踏み込み量（以下「アクセル踏込量」という。）に比例した出力電圧を発生する負荷センサ２１７の出力電圧が、対応するＡＤ変換器２０７を介して入力される。また入力ポート２０５には、機関回転速度などを算出するための信号として、機関本体１のクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ２１８の出力信号が入力される。このように入力ポート２０５には、内燃機関１００を制御するために必要な各種センサの出力信号が入力される。

出力ポート２０６は、対応する駆動回路２０８を介して、燃料噴射弁２０などの各制御部品に接続される。

電子制御ユニット２００は、入力ポート２０５に入力された各種センサの出力信号に基づいて、各制御部品を制御するための制御信号を出力ポート２０６から出力して内燃機関１００を制御する。以下、電子制御ユニット２００が実施する内燃機関１００の制御について説明する。

電子制御ユニット２００は、機関運転状態（機関回転速度及び機関負荷）に基づいて、機関本体１の運転モードを火花点火運転モード（以下「ＳＩ運転モード」という。）、又は圧縮自着火運転モード（以下「ＣＩ運転モード」という。）のいずれかに切り替える。

具体的には電子制御ユニット２００は、機関運転状態が図４に実線で囲まれた自着火領域ＲＲ内にあれば、運転モードをＣＩ運転モードに切り替え、自着火領域ＲＲ以外の領域内にあれば、運転モードをＳＩ運転モードに切り替える。そして電子制御ユニット２００は、各運転モードに応じた燃焼制御を実施する。

電子制御ユニット２００は、運転モードがＳＩ運転モードのときには、基本的に燃焼室１１内に理論空燃比又は理論空燃比近傍の予混合気を形成して点火プラグ１６による点火を行い、その予混合気を火炎伝播燃焼させて機関本体１の運転を行う。

また電子制御ユニット２００は、運転モードがＣＩ運転モードのときには、基本的に燃焼室１１内に理論空燃比よりもリーンな空燃比（例えば３０〜４０程度）の予混合気を形成し、その予混合気を圧縮自着火燃焼させて機関本体１の運転を行う。本実施形態では、予混合気として燃焼室１１内の中央部に可燃層を有し、気筒内壁面の周りに空気層を有する成層予混合気を形成している。

予混合圧縮自着火燃焼は、火炎伝播燃焼と比べて空燃比をリーンにしても実施でき、また圧縮比を高くしても実施できる。そのため、予混合圧縮自着火燃焼を実施することで、燃費を向上させることができると共に、熱効率を向上させることができる。また、予混合圧縮自着火燃焼は、火炎伝播燃焼と比べて燃焼温度が低くなるため、ＮＯｘの発生を抑制することができる。さらに燃料の周りには十分な酸素が存在するため、未燃ＨＣの発生も抑制することができる。

なお、予混合圧縮自着火燃焼を実施するには、予混合気を自着火させることが可能な温度まで筒内温度を上昇させる必要があり、ＳＩ運転モード中のように予混合気を燃焼室１１内で全て火炎伝播燃焼させるときよりも筒内温度を高温にする必要がある。そのため本実施形態では、例えば図５Ａ及び図５Ｂに示すように、ＣＩ運転モード中は、必要に応じて排気弁６０が排気行程の他に吸気行程でも開弁するように排気動弁装置６を制御している。このように、排気弁６０を吸気行程中に再度開弁する排気弁２度開き動作を実施することで、排気行程中に自気筒から排出された高温の排気を直後の吸気行程中に自気筒に吸い戻すことができる。これにより筒内温度を上昇させて、各気筒１０の筒内温度を、予混合圧縮自着火燃焼を実施可能な温度に維持している。

図５Ａに示すように、吸気弁５０のリフト量が小さいときに排気弁６０を開弁すれば、多量の排気を自気筒に吸い戻すことができるので、筒内温度を大きく上昇させることができる。一方で図５Ｂに示すように、吸気弁５０のリフト量がある程度大きくなった後に排気弁６０を開弁すれば、筒内にある程度空気（新気）が吸入された後に排気が吸い戻されることになるので、自気筒に吸い戻す排気の量を抑えて筒内温度の上昇幅を抑えることができる。このように、排気弁２度開き動作を実施するタイミングに応じて、筒内温度の上昇幅を制御することができる。本実施形態では、筒内ガス量中に占める外部ＥＧＲガス量、及び自気筒に吸い戻された排気の量（以下「内部ＥＧＲガス量」という。）の割合をＥＧＲ率と称する。

ところで、予混合気を圧縮自着火燃焼させた場合は、燃焼室１１内に拡散させた燃料が多点で同時期に自着火することになる。そのため、予混合気を火炎伝播燃焼させた場合よりも燃焼騒音が増大するという問題がある。

図６は、吸気行程から圧縮行程中の任意の時期（図６の例では−５０［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］）に、燃料噴射弁２０から機関負荷に応じた所定量の燃料を１回だけ噴射して予混合圧縮自着火燃焼を実施した場合のクランク角と熱発生率との関係を示した図である。熱発生率（ｄＱ／ｄθ）［Ｊ／ｄｅｇ．ＣＡ］とは、予混合気の燃焼によって生じる単位クランク角あたりの熱量、すなわち単位クランク角あたりの熱発生量Ｑのことである。なお以下の説明では、このクランク角と熱発生率との関係を示した燃焼波形のことを、必要に応じて「熱発生率パターン」という。

前述したように、予混合気を圧縮自着火燃焼させた場合は、燃焼室１１内に拡散させた燃料が多点で同時期に自着火するので、火炎伝播燃焼させたときよりも燃焼速度が速くなって燃焼期間が短くなる。そのため図６に示すように、予混合気を圧縮自着火燃焼させた場合は、熱発生率パターンのピーク値、及び熱発生率パターンの燃焼初期（図６にハッチングで示した領域）における傾き（ｄ^２Ｑ／（ｄθ）^２）のそれぞれが比較的大きくなる傾向にある。

燃焼騒音は、この熱発生率パターンのピーク値及び燃焼初期における傾きのそれぞれと相関があり、熱発生率パターンのピーク値が大きくなるほど、またその燃焼初期における傾きが大きくなるほど、大きくなる。そのため、予混合気を圧縮自着火燃焼させた場合は、予混合気を火炎伝播燃焼させたときよりも、燃焼騒音が増大するのである。

ここで、熱発生率パターンのピーク値及び燃焼初期における傾きのそれぞれを小さくして燃焼騒音を小さくする方法としては、例えば燃焼室１１内において空間的濃度差が生じるようにオゾンを供給することで、時間差を設けて段階的に圧縮自着火燃焼を生じさせる方法がある。

燃焼室１１内に供給されたオゾンは、燃焼室１１内の温度が所定温度（例えば５００［Ｋ］から６００［Ｋ］程度）まで上昇すると分解されて、活性種の一種である酸素ラジカルを発生させる。酸素ラジカルは、燃料分子に作用することで燃料の自着火性を高めることが知られており、燃焼室１１内に存在する酸素ラジカル量が多くなるほど、予混合気の自着火時期が早くなる。

したがって、実施形態のように燃焼室１１内において空間的に濃度差が生じるようにオゾンを供給することで、燃焼室１１内で相対的にオゾン濃度（より厳密には酸素ラジカル濃度）が高い領域に存在する予混合気の自着火時期を、燃焼室１１内で相対的にオゾン濃度が低い領域に存在する予混合気の自着火時期よりも早くすることができる。すなわち、燃焼室１１内において空間的に濃度差が生じるようにオゾンを供給することで、時間差を設けて段階的に圧縮自着火燃焼を生じさせることができる。

また一方で、本実施形態の変形例として、例えば燃焼室１１内において時間的に濃度差が生じるようにオゾン及び燃料を供給することで、時間差を設けて段階的に圧縮自着火燃焼を生じさせることもできる。すなわち、燃焼室１１内のオゾン濃度が所定値以上のときに１次燃料噴射を実施すると共に、その後にオゾン濃度が所定値未満まで低下してから２次燃料噴射を実施することで、主に１次燃料からなる予混合気の自着火時期を、主に２次燃料からなる予混合気の自着火時期よりも早くすることができる。そのため、燃焼室１１内において時間的に濃度差が生じるようにオゾン及び燃料を供給するようにしても、時間差を設けて段階的に圧縮自着火燃焼を生じさせることができる。

図７は、燃焼室１１内において空間的に濃度差が生じるように吸気行程中にオゾンを供給しつつ、燃料噴射弁２０から噴射する燃料の総量を変化させることなく予混合圧縮自着火燃焼を実施した場合のクランク角と熱発生率との関係を示した図である。

図７において、熱発生率パターンＡは、燃焼室１１内で相対的にオゾン濃度が高い領域（以下「高オゾン濃度領域」という。）に存在する予混合気が圧縮自着火燃焼したときの熱発生率パターンである。熱発生率パターンＢは、燃焼室１１内で相対的にオゾン濃度が低い領域（以下「低オゾン濃度領域」という。）に存在する予混合気が圧縮自着火燃焼したときの熱発生率パターンである。熱発生率パターンＣは、熱発生率パターンＡと熱発率パターンＢとを足し合わせた実際の熱発生率パターンである。熱発生率パターンＤは、比較のために示した図６の熱発生率パターンである。

燃焼室１１内において濃度差が生じるようにオゾンが供給されていると、熱発生率パターンＡに示すように、高オゾン濃度領域に存在する予混合気が先に自着火を起こす。そして、熱発生率パターンＢに示すように、低オゾン濃度領域域に存在する予混合気が遅れて自着火を起こす。

熱発生率パターンＡ及び熱発生率パターンＢのそれぞれのピーク値及び燃焼初期における傾きは、熱発生率パターンＤのピーク値及び燃焼初期における傾きよりも小さくなる。これは、図６の場合も図７の場合も燃料噴射量の総量は変わらないので、熱発生率パターンＤの形成に寄与する燃料の量と比較して、熱発生率パターンＡの形成に寄与する燃料の量、及び熱発生率パターンＢの形成に寄与する燃料の量はそれぞれ少なくなり、同時期に着火する燃料の量が分散されるためである。その結果、図７に示すように、実際の燃焼波形である熱発生率パターンＣのピーク値及び燃焼初期（図７にハッチングで示した領域）における傾きも、熱発生率パターンＤのピーク値及び燃焼初期における傾きよりも小さくなる。

このように、時間差を設けて段階的に圧縮自着火燃焼を生じさせることで、燃焼騒音を低減させることができる。そこで本実施形態では、運転モードがＣＩ運転モードのときには、時間差を設けて段階的に圧縮自着火燃焼が生じるように、機関運転状態に応じた目標オゾン供給量のオゾンを燃焼室１１内に供給するようにしている。

ところが、オゾン供給装置の故障（異常又は劣化）によって、実際のオゾン供給量（以下「実オゾン供給量」という。）と、機関運転状態に応じた目標オゾン供給量と、のズレが大きくなってしまうと、オゾン供給装置が正常な場合と比較して、燃焼騒音が増加したり、排気エミッションが悪化したりするおそれがある。以下、図８を参照して、その理由について説明する。

図８は、オゾン供給装置が正常な場合（オゾン量通常時）の熱発生率パターンと、オゾン供給装置が故障して実オゾン供給量が目標オゾン供給よりも少なくなった場合（オゾン量過少時）の熱発生率パターンと、オゾン供給装置が故障して実オゾン供給量が目標オゾン供給よりも多くなった場合（オゾン量過多時）の熱発生率パターンと、をそれぞれ比較して示した図である。

図８においても図７と同様に、熱発生率パターンＡは、高オゾン濃度領域に存在する予混合気が圧縮自着火燃焼したときの熱発生率パターンである。熱発生率パターンＢは、低オゾン濃度領域に存在する予混合気が圧縮自着火燃焼したときの熱発生率パターンである。熱発生率パターンＣは、熱発生率パターンＡと熱発率パターンＢとを足し合わせた実際の熱発生率パターンである。

オゾン供給装置が故障して実オゾン供給量が目標オゾン供給量よりも少なくなると、高オゾン濃度領域のオゾン濃度が通常時よりも低くなる。そのため、高オゾン濃度領域に存在する予混合気の自着火時期が通常時よりも遅角する。一方で、低オゾン濃度領域のオゾン濃度は、通常時と比べて多少の変動はあるものの、その変動幅は少ない。そのため、低オゾン濃度領域に存在する予混合気の自着火時期は、熱発生率パターンＡの遅角に伴う影響を多少は受けるものの、通常時と比べてほとんど変化しない。

その結果、図８の「オゾン量過少時」に示すように、高オゾン濃度領域に存在する予混合気が圧縮自着火燃焼したときの熱発生率パターンＡが全体的に遅角する。一方で、低オゾン濃度領域に存在する予混合気が圧縮自着火燃焼したときの熱発生率パターンＢは、ほとんど移動しない。

このように、オゾン供給装置が故障して実オゾン供給量が目標オゾン供給量よりも少なくなって、燃焼室１１内における空間的なオゾン濃度差が小さくなると、高オゾン濃度領域に存在する予混合気の自着火時期と、低オゾン濃度領域に存在する予混合気の自着火時期と、に時間差がつきにくくなる。

すなわち、オゾン供給装置が故障して実オゾン供給量が目標オゾン供給量よりも少なくなると、高オゾン濃度領域に存在する予混合気の自着火時期と、低オゾン濃度領域に存在する予混合気の自着火時期と、の間隔が通常時よりも短くなってしまう。すなわち、熱発生率パターンＡがピーク値となるクランク角から、熱発生率パターンＢがピーク値となるクランク角までの間隔が通常時よりも狭くことになる。そのため、図８の「オゾン量過少時」に示すように、熱発生率パターンＡと熱発率パターンＢとを足し合わせた実際の熱発生率パターンＣのピーク値が通常時よりも増加する。その結果、オゾン供給装置が正常な場合と比較して燃焼騒音が増加するのである。

また、オゾン供給装置が故障して実オゾン供給量が目標オゾン供給量よりも多くなると、高オゾン濃度領域のオゾン濃度が通常時よりも高くなる。そのため、高オゾン濃度領域に存在する予混合気の自着火時期が通常時よりも進角する。一方で、低オゾン濃度領域のオゾン濃度は、通常時と比べて多少の変動はあるものの、その変動幅は少ない。そのため、低オゾン濃度領域に存在する予混合気の自着火時期は、熱発生率パターンＡの進角に伴う影響を多少は受けるものの、通常時と比べてほとんど変化しない。

その結果、図８の「オゾン量過多時」に示すように、高オゾン濃度領域に存在する予混合気が圧縮自着火燃焼したときの熱発生率パターンＡが全体的に進角する。一方で、低オゾン濃度領域に存在する予混合気が圧縮自着火燃焼したときの熱発生率パターンＢは、ほとんど移動しない。

このように、オゾン供給装置が故障して実オゾン供給量が目標オゾン供給量よりも多くなって、燃焼室１１内における空間的なオゾン濃度差が通常時よりも大きくなると、高オゾン濃度領域に存在する予混合気の自着火時期と、低オゾン濃度領域に存在する予混合気の自着火時期と、の間隔が通常時よりも長くなる。すなわち、熱発生率パターンＡがピーク値となるクランク角から、熱発生率パターンＢがピーク値となるクランク角までの間隔が通常時よりも拡がることになる。そのため、図８の「オゾン量過多時」に示すように、熱発生率パターンＡと熱発率パターンＢとを足し合わせた実際の熱発生率パターンＣのピーク値が通常時よりも低下する。その結果、オゾン供給装置が正常な場合と比較して燃焼騒音は低下する。

しかしながら、高オゾン濃度領域に存在する予混合気の自着火時期が通常時よりも進角するため、膨張行程において通常時よりも圧縮上死点に近いクランク角で、高オゾン濃度領域に存在する予混合気の自着火燃焼が生じることになる。すなわち、通常時よりも筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔが高いクランク角で、高オゾン濃度領域に存在する予混合気の自着火燃焼が生じることになる。その結果、燃焼温度が高くなってＮＯｘの排出量が増加するため、排気エミッションが悪化するのである。

したがって、オゾン供給装置が故障した場合は、その故障を早期に検知することが望まれる。

ここで図８に示すように、実オゾン供給量が目標オゾン供給量よりも少なくなった場合（オゾン量過少時）は、その分だけオゾンによる予混合気の自着火促進効果が低下するため、予混合気の自着火時期が通常よりも遅角する。一方で、実オゾン供給量が目標オゾン供給量よりも多くなった場合（オゾン量過多時）は、その分だけオゾンによる予混合気の自着火促進効果が増大するため、予混合気の自着火時期が通常よりも進角する。

そのため、例えば実際の自着火時期（以下「実自着火時期」という。）を検出し、実自着火時期が、機関運転状態から予想される自着火時期（以下「予想自着火時期」という。）よりも所定クランク角以上進角、又は遅角していれば、オゾン供給装置が故障していると判定することができるとも考えられる。すなわち、実自着火時期の予想自着火時期からのズレを検出することで、オゾン供給装置が故障していると判定することができるとも考えられる。

しかしながら、例えば吸気温度や実圧縮比、ＥＧＲ率（酸素濃度）などを、機関運転状態に応じた目標値となるように各種の制御部品を制御している場合、これら吸気温度等の実際値が目標値からズレていたときも、実自着火時期と予想自着火時期とにズレが生じる。

予混合気を圧縮自着火燃焼させる場合、燃焼室１１内に噴射された燃料は、筒内温度Ｔ［Ｋ］及び筒内圧力Ｐ［ＭＰａ］の上昇に伴って段階的に種々の化学反応を起こして自着火に至り、そのときに図６から図８に示すような明確な熱発生が現れる。そのため、燃焼室１１内に噴射された燃料が自着火に至るまでの時間（以下「着火遅れ時間」という。）τ［ｓｅｃ］は、燃焼室１１内に燃料が噴射されてからの当該燃料の化学反応の進行速度に左右され、この燃料の化学反応の進行速度は、筒内温度Ｔ及び筒内圧力Ｐの他、当量比φや燃料のオクタン価ＯＮ、残留ガス割合（ＥＧＲ率）ＲＥＳ［％］などによって変化する。

換言すれば、着火遅れ時間τは、筒内温度Ｔや筒内圧力Ｐ、当量比φ、燃料のオクタン価ＯＮ、残留ガス割合ＲＥＳなどによって変化する。具体的には、着火遅れ時間τは基本的に、筒内温度Ｔが高くなるほど短くなり、筒内圧力Ｐが高くなるほど短くなり、当量比φが大きくなるほど短くなり、オクタン価ＯＮが低くなるほど短くなり、残留ガス割合ＲＥＳが低くなるほど短くなる傾向にある。

したがって、例えば吸気温度が目標吸気温度よりも高くなっている場合は、筒内温度Ｔが想定よりも高くなって着火遅れ時間τが短くなり、予混合気が自着火しやすくなるので、自着火時期が進角する。一方で、吸気温度が目標吸気温度よりも低くなっている場合は、筒内温度Ｔが想定よりも低くなって着火遅れ時間τが長くなり、予混合気が自着火しにくくなるので、自着火時期が遅角する。

また実圧縮比が目標実圧縮比よりも高くなっている場合は、筒内温度Ｔ及び筒内圧力Ｐが想定よりも高くなって着火遅れ時間τが短くなり、予混合気が自着火しやすくなるので、自着火時期が進角する。一方で、実圧縮比が目標実圧縮比よりも低くなっている場合は、筒内温度Ｔ及び筒内圧力Ｐが想定よりも低くなって着火遅れ時間τが長くなり、予混合気が自着火しにくくなるので、自着火時期が遅角する。

またＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも低くなっている場合は、残留ガス割合ＲＥＳが想定よりも低くなって（換言すれば酸素濃度が想定よりも高くなって）着火遅れ時間τが短くなり、予混合気が自着火しやすくなるので、自着火時期が進角する。一方でＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも高くなっている場合は、残留ガス割合ＲＥＳが想定よりも高くなって（換言すれば酸素濃度が想定よりも低くなって）着火遅れ時間τが長くなり、予混合気が自着火しにくくなるので、自着火時期が遅角する。

このように実自着火時期は、例えば吸気温度や実圧縮比、ＥＧＲ率などが機関運転状態に応じた目標値からズレていた場合にも変化する。すなわち、オゾン供給装置が故障した場合以外にも、オゾン供給装置が故障した場合と同様に実自着火時期と予想自着火時期とにズレが生じる場合がある。したがって、単に実自着火時期と予想自着火時期とのズレを判定するだけでは、オゾン供給装置が故障しているのか、それともオゾン供給装置以外の何らかの装置が故障しているのかを十分に判別することができず、オゾン供給装置の故障判定精度が低下する。

ここで図８を参照して前述したように、オゾン供給装置が故障して実オゾン供給量が目標オゾン供給量よりも少なくなったときは、通常時よりも予混合気の自着火時期が遅角すると共に燃焼騒音が増加する。一方でオゾン供給装置が故障して実オゾン供給量が目標オゾン供給量よりも多くなったときは、通常時よりも予混合気の自着火時期が進角すると共に燃焼騒音が低下する。

これに対し、吸気温度等が目標値からズレていた場合は、オゾン供給装置が故障していた場合とは逆に、通常時よりも予混合気の自着火時期が遅角したときに燃焼騒音が低下し、通常時よりも予混合気の自着火時期が進角したときに燃焼騒音が増加する。以下、その理由について説明する。

まず、吸気温度等が目標値からズレていた場合は、オゾン供給装置が故障していた場合とは逆に、通常時よりも予混合気の自着火時期が遅角したときに燃焼騒音が低下する理由について説明する。

前述したように、オゾン供給装置の故障によって予混合気の自着火時期が通常時よりも遅角して燃焼騒音が増加するのは、主に熱発生率パターンＡだけが遅角して、高オゾン濃度領域に存在する予混合気の自着火時期と、低オゾン濃度領域に存在する予混合気の自着火時期と、の間隔が通常時よりも短くなるためである。

一方で、吸気温度等が目標値からズレていた場合は、オゾン供給装置が故障していた場合とは異なり、燃焼室１１内におけるオゾン濃度差は通常通りである。したがって、吸気温度等の目標値からのズレは、高オゾン濃度領域に存在する予混合気の自着火時期と、低オゾン濃度領域に存在する予混合気の自着火時期と、の間隔に直接的な影響を及ぼすものではない。

そして、吸気温度等が目標値からズレて予混合気の自着火時期が通常時よりも遅角するのは、例えば筒内温度Ｔなどが通常時よりも低くなり、予混合気にとって燃焼室１１内全体が通常時よりも自着火しにくい環境となるためである。

したがって、吸気温度等が目標値からズレることによって予混合気の自着火時期が通常時よりも遅角したときは、オゾン供給装置が故障していた場合とは異なり、高オゾン濃度領域に存在する予混合気の自着火時期と、低オゾン濃度領域に存在する予混合気の自着火時期と、がそれぞれ通常時よりも遅角することになる。すなわち、熱発生率パターンＡと熱発生率パターンＢとがそれぞれ通常時よりも遅角し、熱発生率パターンＣが全体的に遅角することになる。

このように、高オゾン濃度領域に存在する予混合気の自着火時期と、低オゾン濃度領域に存在する予混合気の自着火時期と、がそれぞれ通常時よりも遅角してしまうと、膨張行程において通常時よりも圧縮上死点から遠い遅角側のクランク角、すなわち通常時よりも筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔが低いクランク角で、高オゾン濃度領域及び低オゾン濃度領域に存在する予混合気が自着火燃焼することになる。そのため、筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔが高いクランク角で自着火燃焼した場合と比べて燃焼が緩慢となって燃焼速度が低下する。

その結果、自着火燃焼期間（熱発生率パターンＣが明確に現れている期間）が通常よりも長くなる。そして熱発生率パターンＣの形成に寄与する燃料量が同じであれば、自着火燃焼期間が長くなると、熱発生率パターンＣが全体的になだらかになってそのピーク値も低下する。

したがって、吸気温度等が目標値からズレることによって予混合気の自着火時期が通常時よりも遅角した場合は、オゾン供給装置が故障していた場合とは逆に、熱発生率パターンＣのピーク値が通常時よりも低下するため燃焼騒音が低下するのである。

続いて、吸気温度等が目標値からズレていた場合は、オゾン供給装置が故障していた場合とは逆に、通常時よりも予混合気の自着火時期が進角したときに燃焼騒音が増加する理由について説明する。

前述したように、オゾン供給装置の故障によって予混合気の自着火時期が通常時よりも進角して燃焼騒音が低下するのは、主に熱発生率パターンＡだけが進角して、高オゾン濃度領域に存在する予混合気の自着火時期と、低オゾン濃度領域に存在する予混合気の自着火時期と、の間隔が通常時よりも長くなるためである。

一方で、吸気温度等が目標値からズレて予混合気の自着火時期が通常時よりも進角するのは、例えば筒内温度Ｔなどが通常時よりも高くなり、予混合気にとって燃焼室１１内全体が通常時よりも自着火しやすい環境となるためである。

したがって、吸気温度等が目標値からズレることによって予混合気の自着火時期が通常時よりも進角したときは、オゾン供給装置が故障していた場合とは異なり、高オゾン濃度領域に存在する予混合気の自着火時期と、低オゾン濃度領域に存在する予混合気の自着火時期と、がそれぞれ通常時よりも進角することになる。すなわち、熱発生率パターンＡと熱発生率パターンＢとがそれぞれ通常時よりも進角し、熱発生率パターンＣが全体的に進角することになる。

このように、高オゾン濃度領域に存在する予混合気の自着火時期と、低オゾン濃度領域に存在する予混合気の自着火時期と、がそれぞれ通常時よりも進角してしまうと、膨張行程において通常時よりも圧縮上死点に近い進角側のクランク角、すなわち通常時よりも筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔが高いクランク角で、高オゾン濃度領域及び低オゾン濃度領域に存在する予混合気が自着火燃焼することになる。そのため、燃焼が急峻となって燃焼速度が増加する。

その結果、自着火燃焼期間（熱発生率パターンＣが明確に現れている期間）が通常よりも短くなる。そして熱発生率パターンＣの形成に寄与する燃料量が同じであれば、自着火燃焼期間が短くなると、熱発生率パターンＣが全体的に急峻になってそのピーク値も増加する。

したがって、吸気温度等が目標値からズレることによって予混合気の自着火時期が通常時よりも進角した場合は、オゾン供給装置が故障していた場合とは逆に、熱発生率パターンＣのピーク値が通常時よりも増加するため燃焼騒音が増加するのである。

図９は、或る機関運転状態における、オゾン供給量と、予混合気を圧縮自着火燃焼させたときの自着火時期及び燃焼騒音と、の関係を示した図である。図１０は、或る機関運転状態における、吸気温度、実圧縮比及びＥＧＲ率（酸素濃度）と、予混合圧を圧縮自着火燃焼させたときの自着火時期及び燃焼騒音と、の関係を示した図である。

図９に示すように、オゾン供給量が或る機関運転状態における目標オゾン供給量から多くなるほど自着火時期が進角すると共に、燃焼騒音が低下することが分かる。そしてオゾン供給量が或る機関運転状態における目標オゾン供給量から少なくなるほど自着火時期が遅角すると共に、燃焼騒音が増加することが分かる。

その一方で図１０に示すように、吸気温度が或る機関運転状態における目標値から高くなるほど自着火時期が進角すると共に、燃焼騒音が増加することが分かる。そして吸気温度が或る機関運転状態における目標値から低くなるほど自着火時期が遅角すると共に、燃焼騒音が低下することが分かる。

また図１０に示すように、圧縮比が或る機関運転状態における目標値から高くなるほど自着火時期が進角すると共に、燃焼騒音が増加することが分かる。そして圧縮比が或る機関運転状態における目標値から低くなるほど自着火時期が遅角すると共に、燃焼騒音が低下することが分かる。

さらに図１０に示すように、ＥＧＲ率が或る機関運転状態における目標値から低くなるほど自着火時期が進角すると共に、燃焼騒音が増加することが分かる。そしてＥＧＲ率が或る機関運転状態における目標値から高くなるほど自着火時期が遅角すると共に、燃焼騒音が低下することが分かる。

このように、オゾン供給装置が故障した場合と、吸気温度等が目標値からズレた場合とでは、燃焼騒音の増減の傾向が全く逆となっている。

そこで本実施形態では、ＣＩ運転モード中に実自着火時期と予想自着火時期とが所定クランク角Ｔｔｈ以上離れているときは、燃焼騒音と相関関係にあるパラメータ（本実施形態ではノック強度）の実際値と、機関運転状態に応じた当該パラメータの予想値と、を比較して、オゾン供給装置が故障しているのか否かを判定することにした。以下、この本実施形態によるＣＩ運転モード中におけるオゾン供給装置の故障判定制御について説明する。

図１１は、本実施形態によるＣＩ運転モード中におけるオゾン供給装置の故障判定制御について説明するフローチャートである。電子制御ユニット２００は、本ルーチンをＣＩ運転モード中に所定の演算周期（例えば１０［ｍｓ］）で繰り返し実行する。

ステップＳ１において、電子制御ユニット２００は、クランク角センサ２１８の出力信号に基づいて算出された機関回転速度と、負荷センサ２１７によって検出された機関負荷と、を読み込み、機関運転状態を検出する。

ステップＳ２において、電子制御ユニット２００は、予め実験等によって作成されたテーブルを参照し、機関負荷に基づいて目標燃料噴射量ＱＩＮＪを算出する。目標燃料噴射量ＱＩＮＪは、基本的に機関負荷が高くなるほど多くなる傾向にある。

また電子制御ユニット２００は、予め実験等によって作成されたマップを参照し、機関運転状態に基づいて目標噴射時期ＡＩＮＪを算出する。目標噴射時期ＡＩＮＪは、予混合気の自着火時期が最適自着火時期（最も大きな出力トルクが得られる自着火時期）となるクランク角に設定される。

さらに電子制御ユニット２００は、予め実験等によって作成されたテーブルを参照し、機関負荷に基づいて目標オゾン供給量ＱＯＺＮを算出する。目標オゾン供給量ＱＯＺＮは、基本的に機関負荷が高くなるほど多くなる傾向にある。

なお電子制御ユニット２００は、これら目標燃料噴射量ＱＩＮＪなどの目標値以外にも、本フローチャートとは別途に目標吸気温度や目標吸気圧力、目標吸気弁閉時期といった吸排気弁の目標バルブタイミングなどを機関運転状態に基づいて算出しており、算出した目標値となるように各種の制御部品を制御している。

ステップＳ３において、電子制御ユニット２００は、予混合気の予想自着火時期［ｄｅｇ．ＣＡ］を算出する。

具体的には電子制御ユニット２００は、まず目標吸気弁閉時期における筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔ、すなわち初期筒内状態を推定する。本実施形態では電子制御ユニット２００は、初期筒内状態の推定モデルを用いて初期筒内状態を推定する。初期筒内状態の推定モデルは、吸気量や吸気温、吸気圧、機関冷却水温などの筒内状態に影響を与えるパラメータを入力値として、目標吸気弁閉時期における筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔを推定する物理演算モデルである。

次に電子制御ユニット２００は、予混合圧縮自着火燃焼を行った場合における燃料の目標噴射時期ＡＩＮＪからの筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔの推移を算出する。本実施形態では電子制御ユニット２００は、まず筒内状態の推移モデルを用いて、吸気弁閉時期からの筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔの推移を推定する。筒内状態の推移モデルは、初期筒内状態から筒内状態がどのように変化していくかを推定するための物理演算モデルであり、目標吸気弁閉時期における筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔを入力値とし、圧縮行程中の筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔがポリトロープ変化すると仮定して、目標吸気弁閉時期からの筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔの推移を推定する。

そして電子制御ユニット２００は、予混合圧縮自着火燃焼を行った場合における燃料の目標噴射時期ＡＩＮＪからの筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔの推移を用い、Livengood-Wuの積分式に基づく下記の（１）式から、予混合気の予想自着火時期［ｄｅｇ．ＣＡ］を算出する。

（１）式において、τは着火遅れ時間、Ｐは筒内圧力、Ｔは筒内温度、φは当量比、ＯＮはオクタン価、ＲＥＳは残留ガス割合（ＥＧＲ率）、Ｅは活性化エネルギ、Ｒは一般ガス定数である。Ａ、α、β、γ、δ（Ａ、α、β、δ＞０、γ＜０）は、それぞれ同定定数である。

（１）式において、燃料を噴射してからの着火遅れ時間の逆数（１／τ）を時間積分したときに、積分値が１となる時間ｔｅが着火遅れ時間τとなる。したがって、筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔにおける着火遅れ時間の逆数（１／τ）を、目標噴射時期ＡＩＮＪから時間積分したときに、積分値が１となる時間ｔｅに相当するクランク角度量を目標噴射時期ＡＩＮＪに加えた時期が、予混合気の予想自着火時期となる。なお、（１）式によって予混合気の予想自着火時期を算出する際にオゾンが自着火時期に与える影響は、オゾン供給量に応じて例えば（１）式のオクタン価ＯＮの値を変化させることで、予想自着火時期に反映させることができる。そこで本実施形態では、目標オゾン供給量ＱＯＺＮに応じてオクタン価の値を設定し、変動させるようにしている。

ステップＳ４において、電子制御ユニット２００は、予め実験等によって作成されたテーブルを参照し、機関運転状態に基づいてノック強度の予想値（以下「予想ノック強度」という。）を算出する。

ステップＳ５において、電子制御ユニット２００は、予混合気の実自着火時期［ｄｅｇ．ＣＡ］を検出する。本実施形態では電子制御ユニット２００は、筒内圧センサ２１９で検出した筒内圧力Ｐに基づいて、実自着火時期を検出する。具体的には電子制御ユニット２００は、図１２に示すように、筒内圧力Ｐが急峻に立ち上がるクランク角、すなわち筒内圧力Ｐの上昇率（単位クランク角あたりの筒内圧力Ｐの上昇量）が所定値以上となったクランク角を実自着火時期として検出する。

なお、実自着火時期の検出方法は、このような方法に限られるものではない。筒内圧センサ２１９で検出した筒内圧力Ｐに基づいて熱発生率（＝単位クランク角あたりの熱発生量）を算出し、当該熱発生率に基づいて熱発生量の累積値（累積熱発生量）を算出できることは公知である。したがって、例えば図１３に示すように、筒内圧力Ｐに基づいて算出した熱発生量の累積値が、所定値以上となったクランク角を実自着火時期として検出しても良い。また図１４に示すように、累積熱発生量の傾きから外挿して算出されたクランク角を実自着火時期として検出しても良い。

ステップＳ６において、電子制御ユニット２００は、ノックセンサ２２０の検出値に基づいて、ノック強度の実際値（以下「実ノック強度」という。）を検出する。

ステップＳ７において、電子制御ユニット２００は、実自着火時期から予想自着火時期を減算した減算値Ｔｅの絶対値が、所定値Ｔｔｈ以上か否かを判定する。すなわち、実自着火時期と予想自着火時期とが、所定値（所定クランク角）Ｔｔｈ以上ズレているか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、減算値Ｔｅの絶対値が所定値Ｔｔｈ以上であれば、ステップＳ８の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、減算値Ｔｅの絶対値が所定値Ｔｔｈ未満であれば、オゾン供給装置やその他の装置に故障はないと判断して今回の処理を終了する。

ステップＳ８において、電子制御ユニット２００は、実自着火時期が予想自着火時期よりも遅角していたか否かを判定する。具体的には電子制御ユニット２００は、実自着火時期から予想自着火時期を減算した減算値Ｔｅが正の値であれば、実自着火時期が予想自着火時期よりも遅角していたと判定する。一方で電子制御ユニット２００は、減算値Ｔｅが負の値であれば、実自着火時期が予想自着火時期よりも進角していたと判定する。電子制御ユニット２００は、実自着火時期が予想自着火時期よりも遅角していた場合は、ステップＳ９の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、実自着火時期が予想自着火時期よりも進角していた場合は、ステップＳ１２の処理に進む。

ステップＳ９において、電子制御ユニット２００は、オゾン供給装置が正常な場合と比較して燃焼騒音が増加しているか否かを判定する。具体的には電子制御ユニット２００は、実ノック強度から予想ノック強度を減算した減算値Ｐｋｎ１が所定値Ｐｋｎｔｈ１以上であれば、オゾン供給装置が正常な場合と比較して燃焼騒音が増加していると判定する。電子制御ユニット２００は、オゾン供給装置が正常な場合と比較して燃焼騒音が増加していればステップＳ１０の処理に進み、増加していなければステップＳ１１の処理に進む。

ステップＳ１０において、電子制御ユニット２００は、自着火時期が通常時よりも遅角し、かつ燃焼騒音が通常時よりも増加しているため、オゾン供給装置が故障していると判定する。より詳細には、実オゾン供給量が目標オゾン供給量よりも少なくなる故障がオゾン供給装置に発生していると判定する。なおオゾン供給装置が故障していると判定したときは、例えば故障警告灯（ＭＩＬ；Malfunction Indication Lamp）を点灯させて、燃料供給装置２の修理をドライバに促すことが望ましい。

ステップＳ１１において、電子制御ユニット２００は、自着火時期が通常時よりも遅角しているものの、燃焼騒音に関しては通常時よりも増加していないため、オゾン供給装置に故障はないと判定する。なおステップＳ１１に進んだ場合は、適宜その他の装置の故障を判定することが望ましい。

ステップＳ１２において、電子制御ユニット２００は、オゾン供給装置が正常な場合と比較して燃焼騒音が低下しているか否かを判定する。具体的には電子制御ユニット２００は、予想ノック強度から実ノック強度を減算した減算値Ｐｋｎ２が所定値Ｐｋｎｔｈ２以上であれば、オゾン供給装置が正常な場合と比較して燃焼騒音が低下していると判定する。電子制御ユニット２００は、オゾン供給装置が正常な場合と比較して燃焼騒音が低下していればステップＳ１３の処理に進み、低下していなければステップＳ１４の処理に進む。

ステップＳ１３において、電子制御ユニット２００は、自着火時期が通常時よりも進角し、かつ燃焼騒音が通常時よりも低下しているため、オゾン供給装置が故障していると判定する。より詳細には、実オゾン供給量が目標オゾン供給量よりも多くなる故障がオゾン供給装置に発生していると判定する。

ステップＳ１４において、電子制御ユニット２００は、自着火時期が通常時よりも進角しているものの、燃焼騒音に関しては通常時よりも低下していないため、オゾン供給装置に故障はないと判定する。なおステップＳ１４に進んだ場合は、適宜その他の装置の故障を判定することが望ましい。

以上説明した本実施形態によれば、機関本体１と、機関本体１の燃焼室１１に直接燃料を供給する燃料供給装置２と、燃焼室１１に直接又は間接的にオゾンを供給するオゾン供給装置としての放電プラグ８１と、を備える内燃機関１００を制御する電子制御ユニット２００が、自着火領域ＲＲ（所定の運転領域）において、燃焼室１１内で空間的又は時間的にオゾン濃度差を生じさせることで、燃焼室１１内で予混合気が段階的に圧縮自着火燃焼するように燃料供給装置２及びオゾン供給装置を制御する燃焼制御部と、自着火領域ＲＲ（所定の運転領域）において、オゾン供給装置の故障を判定するオゾン故障判定部と、を備える。

そしてオゾン故障判定部は、予混合気の実自着火時期を検出する実自着火時期検出部と、予混合気の予想自着火時期を算出する予想自着火時期算出部と、予混合気を圧縮自着火燃焼させたときの燃焼騒音を検出する燃焼騒音検出部と、予混合気を圧縮自着火燃焼させたときの予想燃焼騒音を算出する予想燃焼騒音算出部と、を備え、実自着火時期が予想自着火時期よりも遅角していて、かつ燃焼騒音が予想燃焼騒音よりも大きいとき、又は実自着火時期が予想自着火時期よりも進角していて、かつ燃焼騒音が予想燃焼騒音よりも小さいときに、オゾン供給装置が故障していると判定するように構成されている。

これにより、オゾン供給装置が故障して実自着火時期と予想自着火時期とにズレが生じているのか、又は吸気温度や実圧縮比、ＥＧＲ率などが機関運転状態に応じた目標値からズレていることによって実自着火時期と予想自着火時期とにズレが生じているのかを、判別することができる。そのため、オゾン供給装置の故障判定精度の低下を抑制することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、ＣＩ運転モード中におけるオゾン供給装置の故障判定制御の内容が第１実施形態と相違する。以下、この相違点を中心に説明する。

図１５は、図８と同様に、オゾン供給装置が正常な場合（オゾン量通常時）の熱発生率パターンと、オゾン供給装置が故障して実オゾン供給量が目標オゾン供給よりも少なくなった場合（オゾン量過少時）の熱発生率パターンと、オゾン供給装置が故障して実オゾン供給量が目標オゾン供給よりも多くなった場合（オゾン量過多時）の熱発生率パターンと、をそれぞれ比較して示した図である。

図１５においても図７及び図８と同様に、熱発生率パターンＡは、高オゾン濃度領域に存在する予混合気が圧縮自着火燃焼したときの熱発生率パターンである。熱発生率パターンＢは、低オゾン濃度領域に存在する予混合気が圧縮自着火燃焼したときの熱発生率パターンである。熱発生率パターンＣは、熱発生率パターンＡと熱発率パターンＢとを足し合わせた実際の熱発生率パターンである。

図８を参照しても説明したが、図１５の「オゾン量過少時」に示すように、オゾン供給装置が故障して実オゾン供給量が目標オゾン供給量よりも少なくなったときは、通常時よりも予混合気の自着火時期が遅角すると共に燃焼騒音が増加する。また図１５の「オゾン量過多時」に示すように、オゾン供給装置が故障して実オゾン供給量が目標オゾン供給量よりも多くなったときは、通常時よりも予混合気の自着火時期が進角すると共に燃焼騒音が低下する。

そして図１５からも分かるように、オゾン量過少時は、熱発生率パターンＡが全体的に遅角する一方で、熱発生率パターンＢはほとんど移動しない。そのため、オゾン供給装置が故障して予混合気の自着火時期が通常時よりも遅角したときは、図１５に示す自着火燃焼期間（熱発生率パターンＣが明確に現れている期間）が通常時よりも短くなる。またオゾン量過多時は、熱発生率パターンＡが全体的に進角する一方で、熱発生率パターンＢはほとんど移動しない。そのため、オゾン供給装置が故障して予混合気の自着火時期が通常時よりも進角したときは、図１５に示す自着火燃焼期間が通常時よりも長くなる。

これに対し、吸気温度等が目標値からズレることによって予混合気の自着火時期が通常時よりも遅角したときは、前述した通り自着火燃焼期間が通常よりも長くなる。また吸気温度等が目標値からズレることによって予混合気の自着火時期が通常時よりも進角したときは、前述した通り自着火燃焼期間が通常よりも短くなる。

図１６は、或る機関運転状態における、オゾン供給量と、予混合圧を圧縮自着火燃焼させたときの自着火時期、燃焼騒音及び自着火燃焼期間と、の関係を示した図である。図１７は、或る機関運転状態における、吸気温度、実圧縮比及びＥＧＲ率（酸素濃度）と、予混合圧を圧縮自着火燃焼させたときの自着火時期、燃焼騒音及び自着火燃焼期間と、の関係を示した図である。

図１６に示すように、オゾン供給量が或る機関運転状態における目標オゾン供給量から多くなるほど自着火時期が進角すると共に、自着火燃焼期間が長くなることが分かる。そしてオゾン供給量が或る機関運転状態における目標オゾン供給量から少なくなるほど自着火時期が遅角すると共に、自着火燃焼期間が短くなることが分かる。

その一方で図１７に示すように、吸気温度が或る機関運転状態における目標値から高くなるほど自着火時期が進角すると共に、自着火燃焼期間が短くなることが分かる。そして吸気温度が或る機関運転状態における目標値から低くなるほど自着火時期が遅角すると共に、自着火燃焼期間が長くなることが分かる。

また図１７に示すように、圧縮比が或る機関運転状態における目標値から高くなるほど自着火時期が進角すると共に、自着火燃焼期間が短くなることが分かる。そして圧縮比が或る機関運転状態における目標値から低くなるほど自着火時期が遅角すると共に、自着火燃焼期間が長くなることが分かる。

さらに図１７に示すように、ＥＧＲ率が或る機関運転状態における目標値から低くなるほど自着火時期が進角すると共に、自着火燃焼期間が短くなることが分かる。そしてＥＧＲ率が或る機関運転状態における目標値から高くなるほど自着火時期が遅角すると共に、自着火燃焼期間が長くなることが分かる。

このように、オゾン供給装置が故障した場合と、吸気温度等が目標値からズレた場合とでは、燃焼騒音と同様に、自着火燃焼期間の増減の傾向も全く逆となる。

そこで本実施形態では、ＣＩ運転モード中に実自着火時期と予想自着火時期とが所定クランク角Ｔｔｈ以上離れているときは、自着火燃焼期間の実際値と、自着火燃焼期間の予想値と、を比較して、オゾン供給装置が故障しているのか否かを判定することにした。以下、この本実施形態によるＣＩ運転モード中におけるオゾン供給装置の故障判定制御について説明する。

図１８は、本実施形態によるＣＩ運転モード中におけるオゾン供給装置の故障判定制御について説明するフローチャートである。電子制御ユニット２００は、本ルーチンをＣＩ運転モード中に所定の演算周期（例えば１０［ｍｓ］）で繰り返し実行する。なお、ステップＳ１からステップＳ３、ステップＳ５、ステップＳ７、及びステップＳ８の処理の内容は、図１１のフローチャートと同様の処理を実施しているので、ここでは説明を省略する。

ステップＳ２１において、電子制御ユニット２００は、予め実験等によって作成されたマップを参照し、機関運転状態に基づいて自着火燃焼期間の予想値（以下「予想燃焼期間」という。）を算出する。

ステップＳ２２において、電子制御ユニット２００は、自着火燃焼期間の実際値（以下「実燃焼期間」という。）を算出する。本実施形態では電子制御ユニット２００は、筒内圧センサ２１９で検出した筒内圧力Ｐに基づいて熱発生率パターンを算出し、その熱発生率パターンから実燃焼期間を算出している。

ステップＳ２３において、電子制御ユニット２００は、オゾン供給装置が正常な場合と比較して自着火燃焼期間が短くなっているか否かを判定する。具体的には電子制御ユニット２００は、予想燃焼期間から実燃焼期間を減算した減算値ｔｃｍｂ１が所定値ｔｃｍｂｔｈ１以上であれば、オゾン供給装置が正常な場合と比較して自着火燃焼期間が短くなっていると判定する。電子制御ユニット２００は、オゾン供給装置が正常な場合と比較して自着火燃焼期間が短くなっていればステップＳ２４の処理に進み、短くなっていなければステップＳ２５の処理に進む。

ステップＳ２４において、電子制御ユニット２００は、自着火時期が通常時よりも遅角し、かつ自着火燃焼期間が通常時よりも短くなっているため、オゾン供給装置が故障していると判定する。より詳細には、実オゾン供給量が目標オゾン供給量よりも少なくなる故障がオゾン供給装置に発生していると判定する。

ステップＳ２５において、電子制御ユニット２００は、自着火時期が通常時よりも遅角しているものの、自着火燃焼期間は通常時よりも短くなっていないため、オゾン供給装置に故障はないと判定する。なおステップＳ２５に進んだ場合は、適宜その他の装置の故障を判定することが望ましい。

ステップＳ２６において、電子制御ユニット２００は、オゾン供給装置が正常な場合と比較して自着火燃焼期間が長くなっているか否かを判定する。具体的には電子制御ユニット２００は、実燃焼期間から予想燃焼期間を減算した減算値ｔｃｍｂ２が所定値ｔｃｍｂｔｈ２以上であれば、オゾン供給装置が正常な場合と比較して自着火燃焼期間が長くなっていると判定する。電子制御ユニット２００は、オゾン供給装置が正常な場合と比較して自着火燃焼期間が長くなっていればステップＳ２７の処理に進み、低下していなければステップＳ２８の処理に進む。

ステップＳ２７において、電子制御ユニット２００は、自着火時期が通常時よりも進角し、かつ自着火燃焼期間が通常時よりも長くなっているため、オゾン供給装置が故障していると判定する。より詳細には、実オゾン供給量が目標オゾン供給量よりも多くなる故障がオゾン供給装置に発生していると判定する。

ステップＳ２８において、電子制御ユニット２００は、自着火時期が通常時よりも進角しているものの、自着火燃焼期間は通常時よりも長くなっていないため、オゾン供給装置に故障はないと判定する。なおステップＳ２８に進んだ場合は、適宜その他の装置の故障を判定することが望ましい。

以上説明した本実施形態によれば機関本体１と、機関本体１の燃焼室１１に直接燃料を供給する燃料供給装置２と、燃焼室１１に直接又は間接的にオゾンを供給するオゾン供給装置としての放電プラグ８１と、を備える内燃機関１００を制御する電子制御ユニット２００（制御装置）が、自着火領域ＲＲ（所定の運転領域）において、燃焼室１１内で空間的又は時間的にオゾン濃度差を生じさせることで、燃焼室１１内で予混合気が段階的に圧縮自着火燃焼するように燃料供給装置２及びオゾン供給装置を制御する燃焼制御部と、自着火領域ＲＲ（所定の運転領域）において、オゾン供給装置の故障を判定するオゾン故障判定部と、を備える。

そしてオゾン故障判定部は、予混合気の実自着火時期を検出する実自着火時期検出部と、予混合気の予想自着火時期を算出する予想自着火時期算出部と、予混合気を圧縮自着火燃焼させたときの実燃焼期間を検出する実燃焼期間検出部と、予混合気を圧縮自着火燃焼させたときの予想燃焼期間を算出する予想燃焼期間算出部と、を備え、実自着火時期が予想自着火時期よりも遅角していて、かつ実燃焼期間が予想燃焼期間よりも短いとき、又は実自着火時期が予想自着火時期よりも進角していて、かつ実燃焼期間が予想燃焼期間よりも長いときに、オゾン供給装置が故障していると判定するように構成されている。

これにより、オゾン供給装置が故障して実自着火時期と予想自着火時期とにズレが生じているのか、又は吸気温度や実圧縮比、ＥＧＲ率などが機関運転状態に応じた目標値からズレていることによって実自着火時期と予想自着火時期とにズレが生じているのかを、判別することができる。そのため、オゾン供給装置の故障判定精度の低下を抑制することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、燃料供給装置２の故障判定結果に基づいて、オゾン供給装置の故障判定を実施するか否かを判断する点で、第２実施形態と相違する。以下、この相違点を中心に説明する。

第２実施形態では、ＣＩ運転モード中に実自着火時期と予想自着火時期とが所定クランク角Ｔｔｈ以上離れているときは、実燃焼期間と予想燃焼期間とを比較して、オゾン供給装置が故障しているのか否かを判定していた。

ここで実自着火時期は、当量比φによっても変化する。具体的には、燃料噴射量が機関負荷に応じた目標燃料噴射量ＱＩＮＪよりも多くなった場合には、当量比φが想定よりも大きくなって予混合気が自着火しやすくなるので、自着火時期が進角する。一方で、燃料噴射量が目標燃料噴射量ＱＩＮＪよりも少なくなった場合には、当量比φが想定よりも小さくなって予混合気が自着火しにくくなるので、自着火時期が遅角する。

すなわち、燃料供給装置２の故障によって、燃料噴射量が機関負荷に応じた目標燃料噴射量ＱＩＮＪに対して増減した場合も、オゾン供給装置が故障した場合と同様に実自着火時期と予想自着火時期とにズレが生じる。そして、燃料供給装置２の故障によって実自着火時期と予想自着火時期とにズレが生じた場合には、オゾン供給装置が故障した場合と同様に、実着火時期が通常時よりも遅角したときに自着火燃焼期間が通常時よりも短くなり、実着火時期が通常時よりも進角したときに自着火燃焼期間が通常時よりも長くなる場合がある。以下、この点について図１９を参照して説明する。

図１９は、燃料供給装置２が正常な場合（燃料噴射量通常時）の熱発生率パターンと、燃料供給装置２が故障して燃料噴射量が目標噴射量よりも少なくなった場合（燃料噴射量過少時）の熱発生率パターンの一例と、燃料供給装置２が故障して燃料噴射量が目標噴射量よりも多くなった場合（燃料噴射量過多時）の熱発生率パターンの一例と、をそれぞれ示した図である。

なお図１９において、燃料噴射量通常時、過少時、及び過多時のいずれの場合もオゾン供給装置は正常である。また図１９においても図７等と同様に、熱発生率パターンＡは、高オゾン濃度領域に存在する予混合気が圧縮自着火燃焼したときの熱発生率パターンである。熱発生率パターンＢは、低オゾン濃度領域に存在する予混合気が圧縮自着火燃焼したときの熱発生率パターンである。熱発生率パターンＣは、熱発生率パターンＡと熱発率パターンＢとを足し合わせた実際の熱発生率パターンである。

図１９の「燃料噴射量過少時」に示すように、燃料噴射量が目標燃料噴射量ＱＩＮＪよりも少なくなった場合には、当量比φが想定よりも小さくなって予混合気が自着火しにくくなるので、自着火時期は燃料噴射量通常時よりも遅角する。

そのため、燃料噴射量通常時よりも筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔが低いクランク角で予混合気が自着火燃焼することになるので、基本的には燃焼が緩慢となって燃焼速度は低下する。

しかしながら、図１９の「燃料噴射量過少時」に示すように、燃料噴射量が目標燃料噴射量ＱＩＮＪよりも少なくなった場合には、熱発生率パターンＣの形成に寄与する燃料量自体が燃料噴射量通常時よりも少なくなるため、燃焼が緩慢となって燃焼速度が低下したとしても、自着火燃焼期間が燃料噴射量通常時よりも短くなる場合がある。

また図１９の「燃料噴射量過多時」に示すように、燃料噴射量が目標燃料噴射量ＱＩＮＪよりも多くなった場合には、当量比φが想定よりも大きくなって予混合気が自着火しやすくなるので、自着火時期は燃料噴射量通常時よりも進角する。

そのため、燃料噴射量通常時よりも筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔが高いクランク角で予混合気が自着火燃焼することになるので、基本的には燃焼が急峻となって燃焼速度は増加する。

しかしながら、図１９の「燃料噴射量過多時」に示すように、燃料噴射量が目標燃料噴射量ＱＩＮＪよりも多くなった場合には、熱発生率パターンＣの形成に寄与する燃料量自体が燃料噴射量通常時よりも多くなるため、燃焼が急峻となって燃焼速度が増加したとしても、自着火燃焼期間が燃料噴射量通常時よりも長くなる場合がある。

したがって、第２実施形態のように、実自着火時期と予想自着火時期とが所定クランク角Ｔｔｈ以上離れている場合に、実燃焼期間と予想燃焼期間とを比較してオゾン供給装置が故障しているのか否かを判定するときは、燃料供給装置２の故障を予め判定しておかないと、燃料供給装置２が故障しているにもかかわらず、オゾン供給装置が故障していると誤判定するおそれがある。

そこで本実施形態では、燃料供給装置２の故障を予め判定した上で、オゾン供給装置の故障判定を実施することにした。

なお図１９に示すように、燃焼騒音（熱発生率のピーク値）に関しては、通常よりも実自着火時期が遅角したときに低下し、進角したときに増加している。すなわち、燃焼騒音に関しては、オゾン供給装置が故障した場合と、燃料供給装置２が故障した場合とでは、その増減の傾向が全く逆となっている。したがって、第１実施形態のように、実自着火時期と予想自着火時期とが所定クランク角Ｔｔｈ以上離れている場合に、実燃焼期間と予想燃焼期間とを比較してオゾン供給装置が故障しているのか否かを判定している場合は、仮にオゾン供給装置が故障していたとしても、オゾン供給装置の故障を精度良く判定することは可能である。

図２０は、本実施形態によるＣＩ運転モード中におけるオゾン供給装置の故障判定制御について説明するフローチャートである。電子制御ユニット２００は、本ルーチンをＣＩ運転モード中に所定の演算周期（例えば１０［ｍｓ］）で繰り返し実行する。なお、ステップＳ３１の処理以外は、図１８のフローチャートと同様の処理を実施しているので、ここでは説明を省略する。

ステップＳ３１において、電子制御ユニット２００は、オゾン供給装置の故障判定実施フラグＦが１に設定されているか否かを判定する。オゾン供給装置の故障判定実施フラグＦは、図２１を参照して後述する燃料供給装置の故障判定制御において、その値が０又は１に設定されるフラグであって、オゾン供給装置の故障判定を実施すると誤判定のおそれがある場合に０に設定されるフラグである。なおオゾン供給装置の故障判定実施フラグＦの初期値は、１に設定される。

図２１は、本実施形態による燃料供給装置２の故障判定制御について説明するフローチャートである。電子制御ユニット２００は、本ルーチンをオゾン供給装置の故障判定制御とは別途に、所定の演算周期（例えば１０［ｍｓ］）で繰り返し実行する。

ステップＳ１０１において、電子制御ユニット２００は、クランク角センサ２１８の出力信号に基づいて算出された機関回転速度と、負荷センサ２１７によって検出された機関負荷と、を読み込み、機関運転状態を検出する。

ステップＳ１０２において、電子制御ユニット２００は、予め実験等によって作成されたテーブルを参照し、機関負荷に基づいて目標燃料噴射量ＱＩＮＪを算出する。

ステップＳ１０３において、電子制御ユニット２００は、エアフローメータ２１２で検出された吸気量と、目標燃料噴射量ＱＩＮＪと、に基づいて、排気の空燃比の予想値（以下「予想空燃比」という。）を算出する。

ステップＳ１０４において、電子制御ユニット２００は、空燃比センサ２２１の検出値に基づいて、排気の空燃比の実際値（以下「実空燃比」という。）を算出する。

ステップＳ１０５において、電子制御ユニット２００は、燃料供給装置２が故障しているか否かを判定する。具体的には電子制御ユニット２００は、実空燃比から予想空燃比を減算した減算値（以下「空燃比差」という。）ＡＦＲの絶対値が、所定値ＡＦＲｔｈ１以上であるか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、空燃比差ＡＦＲの絶対値が所定値ＡＦＲｔｈ１以上であれば、燃料供給装置２が故障していると判定してステップＳ１０６の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、空燃比差ＡＦＲの絶対値が所定値ＡＦＲｔｈ１未満であれば、燃料供給装置２は正常であると判定してステップＳ１１１の処理に進む。

ステップＳ１０６において、電子制御ユニット２００は、燃料供給装置２の故障が軽微であり、目標燃料噴射量ＱＩＮＪを補正することで、燃料噴射量のズレを十分に修正することができるか否かを判定する。具体的には電子制御ユニット２００は、空燃比差ＡＦＲの絶対値が前述した所定値ＡＦＲｔｈ１よりも大きい所定値ＡＦＲｔｈ２以上か否かを判定する。電子制御ユニット２００は、空燃比差ＡＦＲの絶対値が所定値ＡＦＲｔｈ２未満であれば、燃料供給装置２の故障が軽微であると判定してステップＳ１０７の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、空燃比差ＡＦＲの絶対値が所定値ＡＦＲｔｈ２以上であれば、燃料供給の故障が軽微ではないと判定してステップＳ１０９の処理に進む。

ステップＳ１０７において、電子制御ユニット２００は、予め実験等によって作成されたテーブルを参照し、空燃比差ＡＦＲに基づいて、次回算出される目標燃料噴射量ＱＩＮＪに乗じる補正係数Ｋを算出する。補正係数Ｋは初期値が１に設定されている。電子制御ユニット２００は、空燃比差ＡＦＲが正の数になっているとき、すなわち実空燃比が予想空燃比よりも大きく、排気の空燃比が通常時よりリーンになっているときは、目標燃料噴射量ＱＩＮＪを増量補正する必要があるので、補正係数Ｋを１よりも大きい値に設定する。一方で電子制御ユニット２００は、空燃比差ＡＦＲが負の数になっているとき、すなわち実空燃比が予想空燃比よりも小さく、排気の空燃比が通常時よりリッチになっているときは、目標燃料噴射量ＱＩＮＪを減量補正する必要があるので、補正係数Ｋを１よりも小さい値に設定する。

ステップＳ１０８において、電子制御ユニット２００は、オゾン供給装置の故障判定実施フラグＦを１に設定する。これは、燃料供給装置２の故障が軽微であり、目標燃料噴射量ＱＩＮＪを補正することで燃料噴射量のズレを十分に修正することができるのであれば、オゾン供給装置の故障判定を実施しても誤判定する可能性は少ないためである。

ステップＳ１０９において、電子制御ユニット２００は、故障警告灯（ＭＩＬ；Malfunction Indication Lamp）を点灯させて、燃料供給装置２の修理をドライバに促す。

ステップＳ１１０において、電子制御ユニット２００は、電子制御ユニット２００は、オゾン供給装置の故障判定実施フラグＦを０に設定する。これは、燃料供給装置２の故障が軽微でなければ、燃料噴射量のズレを十分に修正することができず、オゾン供給装置の故障判定を実施すると誤判定する可能性があるためである。

ステップＳ１１１において、電子制御ユニット２００は、補正係数Ｋ１を初期値の１に設定する。

ステップＳ１１２において、電子制御ユニット２００は、燃料供給装置の故障判定フラグを０に設定する。

以上説明した本実施形態によれば、電子制御ユニット２００（制御装置）が燃料供給装置の故障を判定する燃料故障判定部をさらに備えており、燃料供給装置２の故障判定結果に基づいて、オゾン供給装置の故障判定を実施するか否かを判断するように構成されている。

これにより、第２実施形態と同様の作用効果を得ることができると共に、実自着火時期と予想自着火時期とが所定クランク角Ｔｔｈ以上離れている場合に、実燃焼期間と予想燃焼期間とを比較してオゾン供給装置が故障しているのか否かを判定するときに、燃料供給装置２が故障しているにもかかわらず、オゾン供給装置が故障していると誤判定してしまうのを防止することができる。そのため、オゾン供給装置の故障判定精度の低下をさらに抑制することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば上記の第１実施形態では、燃焼騒音を代表するものとしてノックセンサ２２０で検出されたノック強度を用いていたが、燃焼騒音は燃焼加振力に起因するものであるため、例えば筒内圧センサ２１９で検出された筒内圧力Ｐの最大値等を、燃焼騒音を代表するものとして使用しても良い。

また上記の各実施形態では、予想自着火時期を算出するにあたり、（１）式を含む演算モデルを用いて算出していたが、予め実験等によって作成したマップを用い、例えば機関運転状態に基づいて算出するようにしても良い。

１ 機関本体
２ 燃料供給装置
１１ 燃焼室
８１ 放電プラグ（オゾン供給装置）
１００ 内燃機関
２００ 電子制御ユニット（制御装置）

Claims (3)

1. 機関本体と、
   前記機関本体の燃焼室に直接燃料を供給する燃料供給装置と
   前記燃焼室に直接又は間接的にオゾンを供給するオゾン供給装置と、
   を備える内燃機関の制御装置であって、
   所定の運転領域において、前記燃焼室内で空間的又は時間的にオゾン濃度差を生じさせることで、前記燃焼室内で予混合気が段階的に圧縮自着火燃焼するように前記燃料供給装置及び前記オゾン供給装置を制御する燃焼制御部と、
   前記所定の運転領域において、前記オゾン供給装置の故障を判定するオゾン故障判定部と、
   を備え、
   前記オゾン故障判定部は、
   予混合気の自着火時期を検出する自着火時期検出部と、
   予混合気の予想自着火時期を算出する予想自着火時期算出部と、
   予混合気を圧縮自着火燃焼させたときの燃焼騒音を検出する燃焼騒音検出部と、
   予混合気を圧縮自着火燃焼させたときの予想燃焼騒音を算出する予想燃焼騒音算出部と、
   を備え、
   前記自着火時期が前記予想自着火時期よりも遅角していて、かつ前記燃焼騒音が前記予想燃焼騒音よりも大きいとき、又は前記自着火時期が前記予想自着火時期よりも進角していて、かつ前記燃焼騒音が前記予想燃焼騒音よりも小さいときに、前記オゾン供給装置が故障していると判定する、
   内燃機関の制御装置。
2. 機関本体と、
   前記機関本体の燃焼室に直接燃料を供給する燃料供給装置と
   前記燃焼室に直接又は間接的にオゾンを供給するオゾン供給装置と、
   を備える内燃機関の制御装置であって、
   所定の運転領域において、前記燃焼室内で空間的又は時間的にオゾン濃度差を生じさせることで、前記燃焼室内で予混合気が段階的に圧縮自着火燃焼するように前記燃料供給装置及び前記オゾン供給装置を制御する燃焼制御部と、
   前記所定の運転領域において、前記オゾン供給装置の故障を判定するオゾン故障判定部と、
   を備え、
   前記オゾン故障判定部は、
   予混合気の自着火時期を検出する自着火時期検出部と、
   予混合気の予想自着火時期を算出する予想自着火時期算出部と、
   予混合気を圧縮自着火燃焼させたときの燃焼期間を検出する燃焼期間検出部と、
   予混合気を圧縮自着火燃焼させたときの予想燃焼期間を算出する予想燃焼期間算出部と、
   を備え、
   前記自着火時期が前記予想自着火時期よりも遅角していて、かつ前記燃焼期間が前記予想燃焼期間よりも短いとき、又は前記自着火時期が前記予想自着火時期よりも進角していて、かつ前記燃焼期間が前記予想燃焼期間よりも長いときに、前記オゾン供給装置が故障していると判定する、
   内燃機関の制御装置。
3. 前記燃料供給装置の故障を判定する燃料故障判定部をさらに備え、
   前記燃料供給装置の故障判定結果に基づいて、前記オゾン故障判定部による前記オゾン供給装置の故障判定を実施するか否かを判断する、
   請求項２に記載の内燃機関の制御装置。

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