JP6558410B2 - エンジンの信号処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンに設けられる信号処理装置に関する。

従来より、気筒内の圧力を検出する筒内圧検出手段をエンジンに設けて、筒内圧検出手段で検出された筒内圧をエンジンの各部の制御に用いることが検討されている。例えば、筒内圧を用いて気筒内の熱発生率や熱発生量等の気筒内の燃焼状態に関わるパラメータを算出して点火タイミング等を制御することが行われている。

例えば、特許文献１には、気筒内の圧力である筒内圧を検出可能な筒内圧検出手段をエンジンに設けた装置であって、筒内圧検出手段で検出された筒内圧に基づいて気筒内での熱発生量を推定し、この熱発生量の重心時期、つまり、熱発生量が１燃焼サイクル中に生じる全熱発生量のうちの５０％となる時期を検出する装置が開示されている。

特許第３８７３５８０号公報

筒内圧検出手段として筒内圧に応じて変位するダイアフラムを有するものを用いた場合、筒内圧検出手段で検出された筒内圧が実際の値からずれやすく、筒内圧検出手段で検出された筒内圧を用いて気筒内の燃焼状態に関わるパラメータを算出するとその算出精度が低くなりこのパラメータを用いたエンジンの制御精度が悪化するという問題がある。

本発明は、前記のような事情に鑑みてなされたものであり、筒内圧検出手段の検出精度の悪化に伴うエンジン制御への悪影響を防止することのできるエンジンの信号処理装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本願発明者らは鋭意研究の結果、筒内圧検出手段として筒内圧に応じて変位するダイアフラムを有するものを用いた場合、ダイアフラムに加えられた熱負荷が高いときに筒内圧検出手段の検出値が実値（実際の筒内圧）からずれやすいこと、さらに、このときに筒内圧検出手段の検出値と実値とのずれ量が大きくなりやすいとを突き止めた。

本発明は、この知見に基づいてなされたものであり、気筒内の圧力である筒内圧に応じて変位するダイアフラムを有し、当該ダイアフラムの変位量に基づいて前記筒内圧を検出可能な筒内圧検出手段と、前記ダイアフラムの熱変形に伴って生じる前記筒内圧検出手段の検出値における実際の筒内圧からのずれを補正する補正手段とを備え、前記補正手段は、前記気筒内で混合気が燃焼する期間を含む所定期間中の各クランク角度において前記ダイアフラムに加えられる熱負荷を推定するとともに、推定した当該熱負荷に基づいて、前記筒内圧検出手段の検出値に適用される補正係数をクランク角度ごとに決定し、前記補正係数は、前記熱負荷が予め定められた所定値以下のときに一定とされ、前記熱負荷が前記所定値を超えると当該熱負荷が高いほど大きくされることを特徴とするエンジンの信号処理装置を提供する（請求項１）。

この装置によれば、筒内圧検出手段のダイアフラムに加えられる熱負荷が大きく、これに伴って、筒内圧検出手段の検出値と実値とのずれ量が大きいときは、このずれ量が小さいときよりも前記検出値の補正量が大きくされるため、筒内圧検出手段の検出値を前記ずれ量に応じてより実値に近い値に補正することができる。従って、筒内圧をより精度よく検出することができ、この検出精度の悪化に伴うエンジン制御に対する悪影響を防止することができる。

また、本発明は、気筒内の圧力である筒内圧に応じて変位するダイアフラムを有し、当該ダイアフラムの変位量に基づいて前記筒内圧を検出可能な筒内圧検出手段と、前記筒内圧検出手段で検出された前記筒内圧に基づいて前記気筒内の燃焼状態に関わるパラメータを推定する燃焼パラメータ推定手段とを備え、前記燃焼パラメータ推定手段は、１燃焼サイクル中に前記ダイアフラムに加えられる熱負荷が予め定められた所定値以上になるか否かを判定し、所定のクランク角度において前記熱負荷が前記所定値以上になると判定した場合には、当該所定のクランク角度よりも進角側における前記筒内圧検出手段の検出値のみを用いて前記パラメータを推定することを特徴とするエンジンの信号処理装置を提供する（請求項２）。

この装置では、筒内圧検出手段のダイアフラムに加えられる熱負荷が所定値以上であって筒内圧検出手段の検出値の実値からのずれ量が大きくなるおそれがあるときは、パラメータの推定に対する筒内圧検出手段の検出値の使用が制限される。そのため、実値から大きくずれた筒内圧検出手段の検出値が用いられることで前記パラメータの推定誤差が大きくなること、および、推定誤差の大きい前記パラメータを用いてエンジンの各部が制御されることを防止できる。従って、この装置によっても、筒内圧検出手段の検出精度の悪化に伴うエンジン制御に対する悪影響を防止することができる。

前記構成において、前記燃焼パラメータ推定手段は、予め設定された基準期間における各時点での前記気筒内の熱発生量を前記パラメータとして推定するとともに、この推定した基準期間における熱発生量の時系列データに基づいて、１燃焼サイクルにおいて前記気筒への供給燃料の５０％質量分が燃焼した時点である燃焼重心時期を推定するのが好ましい（請求項３）。

この構成によれば、筒内圧検出手段で検出された筒内圧を用いて燃焼重心時期を推定できるとともに、燃焼重心時期の推定精度が悪化するのを防止できる。

前記構成において、エンジンの少なくとも一部の運転領域では、気筒内の混合気の一部を火花点火により強制的に燃焼させた後に気筒内の残りの混合気を自着火燃焼させる部分圧縮着火燃焼が実施されるのが好ましい（請求項４）。

部分圧縮着火燃焼では、火花点火によって生じる燃焼と自着火燃焼という形態が異なる燃焼が生じ、１燃焼サイクル中でダイアフラムへの熱負荷のかかり具合ひいてはダイアフラムの熱変形量が変動しやすい。そのため、筒内圧検出手段の検出値の実値とのずれ量が１燃焼サイクル中で変化するおそれがある。従って、このような部分圧縮着火燃焼において前記各発明を実施すれば、前記のずれに伴うエンジン制御に対する悪影響を効果的に防止することができる。

以上説明したように、本発明のエンジンの信号処理装置によれば、筒内圧検出手段の検出精度の悪化に伴うエンジン制御に対する悪影響を防止することができる。

本発明の実施形態に係るエンジンの信号処理装置が適用されたエンジンシステムの概略構成図である。 エンジン本体周辺の概略構成図である。 エンジン本体の断面図とピストンの平面図とを併せて示した図である。 エンジンの制御系統を示すブロック図である。 エンジンの運転領域を示した図である。 各運転領域における燃料噴射時期、点火時期、燃焼波形を例示した図である。 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。 筒内圧センサの信号処理を説明するための図である。 ダイアフラムに高い熱負荷が加えられたときの筒内圧センサの出力と実値とを比較して示した図である。 ダイアフラムに高い熱負荷が加えられたときの筒内圧センサの出力から演算した熱発生量の出力と実値とを比較して示した図である。 本実施形態に係る燃焼重心時期の算出手順を示したフローチャートである。 本実施形態に係る燃焼重心時期の算出手順を説明するための熱発生量の波形を示した図である。 オフセット量の算出手順を示したフローチャートである。 第２実施形態に係る信号処理の手順を示したフローチャートである。 第３実施形態に係る信号処理の手順を示したフローチャートである。 第３実施形態に係る補正係数と熱負荷との関係を示した図である。

（１）エンジンの全体構成
図１〜図３は、本発明の圧縮着火式エンジンの好ましい実施形態を示す図である。本図に示されるエンジンは、走行用の動力源として車両に搭載された４サイクルのガソリン直噴エンジンであり、エンジン本体１と、エンジン本体１に導入される吸気が流通する吸気通路３０と、エンジン本体１から排出される排気ガスが流通する排気通路４０と、排気通路４０を流通する排気ガスの一部を吸気通路３０に還流するＥＧＲ装置５０を備えている。

エンジン本体１は、気筒２が内部に形成されたシリンダブロック３と、気筒２を上から閉塞するようにシリンダブロック３の上面に取り付けられたシリンダヘッド４と、気筒２にそれぞれ往復摺動可能に挿入されたピストン５とを有している。図２に示すように、エンジン本体１は、多気筒型のものであり、図例では一列に並ぶ４つの気筒を有している。

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

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

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

シリンダブロック３には、クランク軸７の回転角度（クランク角度）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が設けられている。

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とが設けられている。

図２および図３に示すように、本実施形態のエンジンのバルブ形式は、吸気２バルブ×排気２バルブの４バルブ形式である。すなわち、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を有しており、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を有している。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）設けられ、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）設けられている。

そして、第２吸気ポート９Ｂには開閉可能なスワール弁１８が設けられており、このスワール弁１８の開閉によって気筒２内のスワール流（気筒２の軸線の回りを旋回する旋回流）の強度を変更できるようになっている。

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が内蔵されている。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が内蔵されている。これら吸気ＶＶＴ１３ａおよび排気ＶＶＴ１４ａの制御により、当実施形態では、吸気弁１１および排気弁１２の双方が排気上死点を跨いで開弁するバルブオーバーラップ期間を調整することが可能であり、また、このバルブオーバーラップ期間の調整により、燃焼室６に残留する既燃ガス（内部ＥＧＲガス）の量を調整することが可能である。なお、吸気ＶＶＴ１３ａ（排気ＶＶＴ１４ａ）は、吸気弁１１（排気弁１２）の開時期（閉時期）を固定したまま閉時期（開時期）のみを変更するタイプの可変機構であってもよいし、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もよい。

図３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が形成されている。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が形成されており、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とされている。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。また、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とされている。

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とが設けられている。

インジェクタ１５は、その先端部に複数の噴孔を有した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することが可能である（図３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）と対向するように設けられている。

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置されている。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ている。

図１に示すように、シリンダヘッド４には、さらに、燃焼室６（気筒２）内の圧力である筒内圧を検出するための筒内圧センサ（筒内圧検出手段）ＳＮ２が設けられている。本実施形態では、各気筒２にそれぞれ１本ずつ筒内圧センサＳＮ２が設けられている。

筒内圧センサＳＮ２は燃焼室６の天井面から燃焼室６内を臨むようにシリンダヘッド４に取り付けられている。また、筒内圧センサＳＮ２は、その先端部がピストン５の冠面の中心付近と対向するように配置されている。

筒内圧センサＳＮ２は、燃焼室６内の圧力に応じた電圧を出力する。例えば、筒内圧センサＳＮ２は、その先端部に形成された燃焼室６と連通する通路と、この通路の終端に設けられて前記通路内の圧力に応じて変位するダイアフラムと、このダイアフラムに取付けられた圧電素子とを有する。このような筒内圧センサＳＮ２では、燃焼室６内およびこれと連通する前記通路内の圧力に応じてダイアフラムが変位し、このダイアフラムの変位量に応じた電圧つまり燃焼室６内の圧力である筒内圧に応じた電圧を圧電素子が出力する。このように筒内圧センサＳＮ２は電圧を出力するものであり、筒内圧センサＳＮ２から出力された電圧は後述するＥＣＵ１００において圧力に変換される。

図１に示すように、吸気通路３０は、吸気ポート９と連通するようにシリンダヘッド４の一側面に接続されている。吸気通路３０の上流端から取り込まれた空気（新気）は、吸気通路３０および吸気ポート９を通じて燃焼室６に導入される。

吸気通路３０には、その上流側から順に、吸気中の異物を除去するエアクリーナ３１と、吸気の流量を調整する開閉可能なスロットル弁３２と、吸気を過給する過給機３３と、吸気を冷却するインタークーラ３５と、サージタンク３６とが設けられている。図２に示すように、吸気通路３０はサージタンク３６から下流側において４本の通路に分岐しており、各分岐通路がそれぞれ各気筒２の２本の吸気ポート９と連通している。

吸気通路３０の各部には、吸気の流量を検出するエアフローセンサＳＮ３と、吸気の温度を検出する第１・第２吸気温センサＳＮ４，ＳＮ５が設けられている。エアフローセンサＳＮ３および第１吸気温センサ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との間の部分に設けられ、当該部分を通過する吸気の流量および温度を検出する。第２吸気温センサＳＮ５は、吸気通路３０における過給機３３とインタークーラ３５との間の部分に設けられ、当該部分を通過する吸気の温度を検出する。

また、吸気通路３０には、吸気通路内の圧力であって気筒２に導入される吸気の圧力である吸気圧を検出する吸気圧センサＳＮ６が設けられている。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内の吸気の圧力を検出する。吸気圧センサＳＮ６は、サージタンク３６内の絶対圧を検出可能に構成されている。

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

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

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

排気通路４０は、排気ポート１０と連通するようにシリンダヘッド４の他側面に接続されている。燃焼室６で生成された既燃ガス（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には触媒コンバータ４１が設けられている。触媒コンバータ４１には、排気通路４０を流通する排気ガス中に含まれる有害成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）を浄化するための三元触媒４１ａと、排気ガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集するためのＧＰＦ（ガソリン・パティキュレート・フィルタ）３１ｂとが内蔵されている。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を追加してもよい。

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に設けられたＥＧＲクーラ５２およびＥＧＲ弁５３とを有している。ＥＧＲ通路５１は、排気通路４０における触媒コンバータ４１よりも下流側の部分と、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している。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ＳＮ７が設けられている。

（２）制御系統
図４は、エンジンの制御系統を示すブロック図である。本図に示されるＥＣＵ１００は、各種センサの検出信号が入力されるＩ／Ｆ回路１１０（図８参照）と、エンジンを統括的に制御するためのマイクロコンピューター１２０（図８参照）とを含む。

ＥＣＵ１００には各種センサによる検出信号が入力される。例えば、ＥＣＵ１００は、クランク角センサＳＮ１、筒内圧センサＳＮ２、エアフローセンサＳＮ３、第１・第２吸気温センサＳＮ４，ＳＮ５、吸気圧センサＳＮ６、および差圧センサＳＮ７と電気的に接続されており、これらのセンサによって検出された情報がＥＣＵ１００に逐次入力される。また、車両には、当該車両を運転するドライバーにより操作されるアクセルペダル（図示省略）の開度を検出するアクセルセンサＳＮ８が設けられており、このアクセルセンサＳＮ８による検出信号もＥＣＵ１００に入力される。

ＥＣＵ１００のマイクロコンピューター１２０は、前記各センサからの入力信号に基づいて種々の判定や演算等を実行しつつエンジンの各部を制御する。すなわち、ＥＣＵ１００は、吸気ＶＶＴ１３ａ、排気ＶＶＴ１４ａ、インジェクタ１５、点火プラグ１６、スロットル弁３２、電磁クラッチ３４、バイパス弁３９、およびＥＧＲ弁５３等と電気的に接続されており、前記演算の結果等に基づいてこれらの機器にそれぞれ制御用の信号を出力する。

（３）燃焼制御
（３−１）基本制御
図５は、エンジンの回転速度／負荷に応じた制御の相違を説明するためのマップ図である。本図に示すように、エンジンの運転領域は、燃焼形態の相違によって４つの運転領域Ａ１〜Ａ４に大別される。それぞれ第１運転領域Ａ１、第２運転領域Ａ２、第３運転領域Ａ３、第４運転領域Ａ４とすると、第１運転領域Ａ１は、回転速度および負荷の双方が低い低速・低負荷の領域であり、第３運転領域Ａ３は、回転速度が低くかつ負荷が高い低速・高負荷の領域であり、第４運転領域Ａ４は、回転速度が高い高速領域であり、第２運転領域Ａ２は、第１、第３、第４運転領域Ａ１，Ａ３，Ａ４を除いた残余の領域（言い換えると低速・中負荷領域と中速領域とを合わせた領域）である。以下、各運転領域で選択される燃焼形態等について順に説明する。

（ａ）第１運転領域
低速・低負荷の第１運転領域Ａ１では、過給機３３による過給が停止された状態（自然吸気の状態）で、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とをミックスした部分圧縮着火燃焼（以下、これをＳＰＣＣＩ燃焼という）が実行される。なお、ＳＰＣＣＩ燃焼における「ＳＰＣＣＩ」とは、「Spark Controlled Compression Ignition」の略である。

ここで、ＳＩ燃焼とは、点火プラグ１６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のことであり、ＣＩ燃焼とは、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のことである。そして、これらＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とをミックスしたＳＰＣＣＩ燃焼とは、混合気が自着火する寸前の環境下で行われる火花点火により燃焼室６内の混合気の一部をＳＩ燃焼させ、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、という燃焼形態のことである。

ＳＰＣＣＩ燃焼では、ＳＩ燃焼時の熱発生がＣＩ燃焼時の熱発生よりも穏やかになる。例えば、ＳＰＣＣＩ燃焼が行われたときの熱発生率の波形は、後述する図６または図７に示すように、立ち上がりの傾きが相対的に小さくなる。また、燃焼室６における圧力変動（つまりｄＰ／ｄθ：Ｐは筒内圧 θはクランク角度）も、ＳＩ燃焼時はＣＩ燃焼時よりも穏やかになる。言い換えると、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熱発生部とが、この順に連続するように形成される。

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。後述する図６または図７に例示するように、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。すなわち、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７のＸ）を有している。

ＣＩ燃焼の開始後は、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とが並行して行われる。ＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼よりも熱発生が大きいため、熱発生率は相対的に大きくなる。ただし、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が過大になることが回避される。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）に比べて燃焼騒音を抑制することができる。

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、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。

前記のようなＳＰＣＣＩ燃焼を実現するため、第１運転領域Ａ１では、ＥＣＵ１００によってエンジンの各部が次のように制御される。

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または大半を圧縮行程中に噴射する。例えば、第１運転領域Ａ１に含まれる運転ポイントＰ１において、インジェクタ１５は、図６のチャート（ａ）に示すように、圧縮行程の中期から後期にかけた２回に分けて燃料を噴射する。

点火プラグ１６は、圧縮上死点の近傍で混合気に点火する。例えば、前記運転ポイントＰ１において、点火プラグ１６は、圧縮上死点よりもやや進角側のタイミングで混合気に点火する（図６のチャート（ａ））。

過給機３３はＯＦＦ状態とされる。すなわち、電磁クラッチ３４が解放されて過給機３３とエンジン本体１との連結が解除されるとともに、バイパス弁３９が全開とされることにより、過給機３３による過給が停止される。

吸気ＶＶＴ１３ａおよび排気ＶＶＴ１４ａは、吸・排気弁１１，１２の双方が排気上死点を跨いで開弁されるバルブオーバーラップ期間が十分に形成されるようなタイミングに設定する。これにより、燃焼室６に既燃ガスを残留させる内部ＥＧＲが実現され、燃焼室６の温度（圧縮前の初期温度）が高められる。

スロットル弁３２は全開とされる。

ＥＧＲ弁５３は、基本的に、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）が予め定められた空燃比となるように、その開度が制御される。具体的に、第１運転領域Ａ１での空燃比は、図５に示される負荷ラインＬよりも低負荷側で理論空燃比よりもリーン（λ＞１）に、負荷ラインＬよりも高負荷側で理論空燃比もしくはその近傍（λ≒１）に設定される。そして、ＥＧＲ弁５３の基本的な開度はこの空燃比が実現される開度に設定される。なお、λとは空気過剰率のことであり、空燃比が理論空燃比（１４．７）のときにλ＝１となり、理論空燃比よりもリーンなときにλ＞１となる。第１運転領域Ａ１では、前記のように空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比もしくはこれよりリーンに設定される上に、燃焼室６にＥＧＲガス（外部ＥＧＲガスおよび内部ＥＧＲガス）が導入されるので、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、第１運転領域Ａ１内のいずれにおいてもリーンとなる。

スワール弁１８は、燃焼室６内に強いスワール流が形成されるように、全閉もしくは全閉に近い低開度まで閉じられる。このスワール流は、吸気行程中に成長して、圧縮行程の途中まで残存する。このため、例えば前述した運転ポイントＰ１のように圧縮行程中に燃料を噴射した場合には、噴射された燃料をスワール流が比較的弱い燃焼室６の中央部に集めることができ、燃料の成層化が実現される。例えば、燃焼室６の中央部の空燃比が２０以上３０以下に、燃焼室６の外周部の空燃比が３５以上に設定される。

（ｂ）第２運転領域
第２運転領域Ａ２（低速・中負荷領域と中速領域とを合わせた領域）では、過給機３３による過給を行いつつ混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させるべく、次のような制御が実行される。

インジェクタ１５は、１サイクル中に噴射すべき燃料の一部を吸気行程中に噴射し、残りの燃料を圧縮行程中に噴射する。例えば、第２運転領域Ａ２に含まれる運転ポイントＰ２において、インジェクタ１５は、図６のチャート（ｂ）に示すように、比較的多量の燃料を噴射する１回目の燃料噴射を吸気行程中に実行するとともに、当該１回目の燃料噴射よりも少量の燃料を噴射する２回目の燃料噴射を圧縮行程中に実行する。また、運転ポイントＰ２よりも高負荷かつ高回転側の運転ポイントＰ３において、インジェクタ１５は、図６のチャート（ｃ）に示すように、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。

点火プラグ１６は、圧縮上死点の近傍で混合気に点火する。例えば、点火プラグ１６は、前記運転ポイントＰ２では圧縮上死点よりもやや進角側のタイミングで混合気に点火し（図６のチャート（ｂ））、前記運転ポイントＰ３では圧縮上死点よりもやや遅角側のタイミングで混合気に点火する（図６のチャート（ｃ））。

過給機３３はＯＮ状態とされる。すなわち、電磁クラッチ３４が締結されて過給機３３とエンジン本体１とが連結されることにより、過給機３３による過給が行われる。このとき、第２吸気圧センサＳＮ６により検出されるサージタンク３６内の圧力（過給圧）が、運転条件（回転速度／負荷）ごとに予め定められた目標圧力に一致するように、バイパス弁３９の開度が制御される。

吸気ＶＶＴ１３ａおよび排気ＶＶＴ１４ａは、第２運転領域Ａ２の低負荷側の一部においてのみ内部ＥＧＲが行われるように（言い換えると高負荷側では内部ＥＧＲが停止されるように）、吸気弁１１および排気弁１２のバルブタイミングを制御する。

スロットル弁３２は全開とされる。

ＥＧＲ弁５３は、基本的に、燃焼室６内の空燃比（Ａ／Ｆ）が予め定められた空燃比となるように、その開度が制御される。具体的に、第２運転領域Ａ２での空燃比は、負荷ラインＬ（図５）よりも低負荷側でリーン（λ＞１）に、負荷ラインＬよりも高負荷側で理論空燃比もしくはその近傍（λ≒１）に設定される。例えば、排気ガスの還流量は、高負荷側ほど少なくなるように調整され、エンジンの最高負荷の近傍においてほぼゼロとされる。言い換えると、燃焼室６内のガス空燃比は、エンジンの最高負荷の近傍を除いていずれもリーンとされる。

スワール弁１８は全閉とされるか、もしくは全閉／全開を除いた適宜の中間開度まで開かれる。具体的に、スワール弁１８は、第２運転領域Ａ２の低負荷側の一部で全閉とされ、残りの高負荷側の領域で中間開度とされる。なお、後者の領域におけるスワール弁１８の開度は、負荷が高いほど大きくされる。

（ｃ）第３運転領域
低速・高負荷の第３運転領域Ａ３では、過給機３３による過給を行いつつ混合気をＳＩ燃焼させるべく、次のような制御が実行される。

インジェクタ１５は、１サイクル中に噴射すべき燃料の一部を吸気行程中に噴射し、残りの燃料を圧縮行程中に噴射する。例えば、第３運転領域Ａ３に含まれる運転ポイントＰ４において、インジェクタ１５は、図６のチャート（ｄ）に示すように、比較的多量の燃料を噴射する１回目の燃料噴射を吸気行程中に実行するとともに、当該１回目の燃料噴射よりも少量の燃料を噴射する２回目の燃料噴射を圧縮行程の後期（圧縮上死点の直前）に実行する。

点火プラグ１６は、例えば圧縮上死点から５〜２０°ＣＡ程度経過した^（※）比較的遅めのタイミングで混合気に点火する。そして、この点火をきっかけに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。

過給機３３はＯＮ状態とされる。またこのとき、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バイパス弁３９の開度が制御される。

スロットル弁３２は全開とされる。

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ややリッチとなるように、その開度が制御される。一方、燃焼室６内のガス空燃比（Ｇ／Ｆ）は、エンジンの最高負荷の近傍を除いていずれもリーンとされる。

スワール弁１８の開度は、所定の中間開度（例えば５０％）またはその近傍値に設定される。

（ｄ）第４運転領域
前記第１〜第３運転領域Ａ１〜Ａ３よりも高速側の第４運転領域Ａ４では、比較的オーソドックスなＳＩ燃焼が実現されるように、次のような制御が行われる。

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、第４運転領域Ａ４に含まれる運転ポイントＰ５において、インジェクタ１５は、図６のチャート（ｅ）に示すように、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。

点火プラグ１６は、圧縮上死点の近傍で混合気に点火する。例えば、前記運転ポイントＰ５において、点火プラグ１６は、圧縮上死点よりもやや進角側のタイミングで混合気に点火する（図８のチャート（ｅ））。そして、この点火をきっかけに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。

過給機３３はＯＮ状態とされる。またこのとき、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バイパス弁３９の開度が制御される。

スロットル弁３２は全開とされる。

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ややリッチとなるように、その開度が制御される。一方、燃焼室６内のガス空燃比（Ｇ／Ｆ）は、エンジンの最高負荷の近傍を除いていずれもリーンとされる。

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。

（３−２）ＳＩ率
前述したように、本実施形態では、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とをミックスしたＳＰＣＣＩ燃焼が第１運転領域Ａ１および第２運転領域Ａ２において実行されるが、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になる。

ここで、当実施形態では、前記比率として、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率を用いる。図７は、このＳＩ率を説明するための図であり、ＳＰＣＣＩ燃焼が起きたときの熱発生率（Ｊ／ｄｅｇ）のクランク角度による変化を示している。図７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り、この変曲点Ｘに対応するクランク角度θｃｉを、ＣＩ燃焼の開始時期と定義することができる。そして、この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Ｑ１をＳＩ燃焼による熱発生量とし、θｃｉよりも遅角側に位置する熱発生率の波形の面積Ｑ２をＣＩ燃焼に熱発生率とする。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）で定義される前述したＳＩ率は、前記各面積Ｑ１，Ｑ２を用いて、ＳＩ率＝Ｑ１／（Ｑ１＋Ｑ２）で表すことができる。

ＣＩ燃焼の場合は混合気が自着火により同時多発的に燃焼するため、火炎伝播によるＳＩ燃焼と比べて熱発生率が高くなり易く、大きな騒音が発生し易い。このため、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ率（＝Ｑ１／（Ｑ１＋Ｑ２））は、総じて、負荷が高いほど大きくすることが望ましい。これは、負荷が高い場合は低い場合に比べて、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ため、ＳＩ率を小さくする（つまりＣＩ燃焼の割合を増やす）と大きな騒音が発生するからである。逆に、ＣＩ燃焼は熱効率の面では優れているため、騒音が問題にならない限り、できるだけ多くの燃料をＣＩ燃焼させるのが好ましい。このため、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ率は、総じて、負荷が低いほど小さくする（つまりＣＩ燃焼の割合を増やす）ことが望ましい。このような観点から、当実施形態では、負荷が高いほどＳＩ率が大きくなるように、目標とするＳＩ率（目標ＳＩ率）がエンジンの運転条件に応じて予め定められており、この目標ＳＩ率が実現されるように、点火タイミング、燃料の噴射量／噴射タイミング、および筒内状態量といった制御量の目標値がそれぞれ定められている。なお、ここでいう筒内状態量とは、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、点火タイミングが進角されるほど、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、燃料噴射タイミングが進角されるほど、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。

前記のような傾向に基づいて、当実施形態では、点火タイミング、燃料の噴射量／噴射タイミング、および筒内状態量（温度、ＥＧＲ率等）の目標値が、前述した目標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燃焼による運転時（つまり第１・第２運転領域Ａ１，Ａ２での運転時）、ＥＣＵ１００は、これら制御量の目標値に従って、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、点火タイミングの目標値に従って点火プラグ１６を制御するとともに、燃料の噴射量／噴射タイミングの目標値に従ってインジェクタ１５を制御する。また、燃焼室６の温度およびＥＧＲ率の各目標値に従って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。すなわち、点火プラグ、インジェクタ１５、ＥＧＲ弁５３および吸・排気ＶＶＴ１３ａ，１４ａは、（３−１）で説明した基本制御に従って制御されつつ、さらに、詳細に前記目標ＳＩ率が実現されるように制御される。

（３−３）補正制御
前記のように制御されることで、基本的には、各領域でＳＰＣＣＩ燃焼あるいはＳＩ燃焼が実現され、且つ、ＳＰＣＣＩ燃焼が実施される領域において目標ＳＩ率が実現されるが、本実施形態では、これに加えて、後述するように燃焼重心時期を推定し、この燃焼重心時期が所定の範囲に収まるように点火タイミング等を補正する。

（４）筒内圧センサの信号処理
図８は、筒内圧センサＳＮ２の信号処理を説明するための図である。ＥＣＵ１００のＩ／Ｆ回路１１０には、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１１１が設けられている。また、ＥＣＵ１００のマイクロコンピュータ１２０には、Ａ／Ｄ変換器１２１、記憶部１２２、ＩＩＲフィルタ（ＩＩＲ）１２３が設けられているとともに、機能的に、角度同期処理部１２４、圧力変換部１２５、および燃焼パラメータ算出部（燃焼重心時期推定手段）１２６が設けられている。

筒内圧センサＳＮ２の信号はまずＩ／Ｆ回路１１０のローパスフィルタ１１１に入力される。ローパスフィルタ１１１は、所定の周波数以下の波形のみを出力するフィルタであり、ローパスフィルタ１１１を通過することで筒内圧センサＳＮ２の信号から高周波の電気的なノイズ（いわゆるホワイトノイズ）が除去される。ローパスフィルタ１１１から出力された筒内圧センサＳＮ２の信号はＡ／Ｄ変換器１２１においてデジタル信号に変換される。例えば、筒内圧センサＳＮ２の信号は５０ｋＨｚのサンプリング周波数でデジタル信号に変換される。

デジタル信号に変換された筒内圧センサＳＮ２の信号は、記憶部１２２に送られ、この記憶部１２２にて記憶される。本実施形態では、吸気下死点付近の複数の信号と、圧縮行程後半（およそ圧縮上死点前９０°ＣＡ（クランク角度））から膨張下死点付近までの複数の信号が記憶部１２２に記憶される。

記憶部１２２に記憶された筒内圧センサＳＮ２の信号は、ＩＩＲフィルタ１２３、角度同期処理部１２４、圧力変換部１２５を介して燃焼パラメータ算出部１２６に送られる。

燃焼パラメータ算出部１２６は、入力された情報に基づいて燃焼に関わるパラメータである燃焼重心時期を算出する。燃焼重心時期は、熱発生量（１燃焼サイクル中に燃焼によって燃焼室６内で発生した熱量）が、１燃焼サイクル中に燃焼室６内で発生する総熱発生量の５０％の量に達する時期である。

熱発生量は、クランク角度に応じて変化しており、各クランク角度における熱発生量は、各クランク角度において筒内圧センサＳＮ２により検出された筒内圧を用いて算出することができる。従って、次の手順によれば、ＥＣＵ１００の演算負荷が過剰に高くなるのを回避しつつ、燃焼重心時期を求めることができる。

まず、燃焼期間を含む所定の期間の筒内圧をクランク角度に対応づけて記憶しておく。次に、この筒内圧を用いて各クランク角度における熱発生量を算出して、クランク角度と対応づけて記憶する。次に、算出した全クランク角度（所定の期間における全クランク角度）の熱発生量からその最大値Ｑｍａｘと最小値Ｑｍｉｎを検索する。次に、この最大値Ｑｍａｘと最小値Ｑｍｉｎの平均値Ｑ５０（最大値と最小値との合計を２で割った値）を算出する。最後に、この平均値Ｑ５０に最も近い熱発生量となるクランク角度を燃焼重心時期Ｑｍｆｂ５０として抽出する。そして、これらの演算をＥＣＵ１００の演算負荷が比較的低いタイミングで実施する。以下、この算出手順を比較算出手順という。

しかしながら、本願発明者らは、筒内圧センサＳＮ２のダイアフラムに高い熱負荷が加えられると、ダイアフラムが変形して、筒内圧センサＳＮ２の出力が実際の筒内圧から大きくずれてしまい、前記の比較算出手順で燃焼重心時期を算出すると熱発生の重心時期を適切に算出できないことを突き止めた。

図９は、ダイアフラムに高い熱負荷が加えられたときの、実際の筒内圧（計測用のセンサで筒内圧を計測した結果、破線）と、前記筒内圧センサＳＮ２で検出された筒内圧（実線）とを比較して示した図である。図１０は、ダイアフラムに高い熱負荷が加えられたときの、実際の筒内圧を用いて前記比較算出手順に従って算出した熱発生量（破線）つまり熱発生量の実値と、前記筒内圧センサＳＮ２で検出された筒内圧を用いて比較算出手順に従って算出した熱発生量（実線）とを比較して示した図である。なお、図９、図１０は、説明を容易にするために、非常に高い熱負荷がダイアフラムにかかるようにしたときの例を示した図であり、通常のエンジンの運転時における筒内圧の落ち込みは図９の例よりも少なく抑えられる。

図９の例では、クランク角度θａにて燃焼が開始し、クランク角度θａ後に所定のクランク角度θｂにおいてダイアフラムに加えられる熱負荷が所定値以上になる。これに伴い、この例では、クランク角度θｂ後にダイアフラムが熱変形して、筒内圧センサＳＮ２で検出された筒内圧が実際の値に比べて非常に小さい値となってしまう。そして、図１０の実線に示すように、この筒内圧センサＳＮ２で検出された筒内圧を用いて算出した熱発生量は、燃焼の開始後（クランク角度θａ後）一旦上昇するものの、その後、減少していってしまう。

従って、図９、１０の例において、筒内圧センサＳＮ２で検出された筒内圧を用いて単純に比較算出手順に従って燃焼重心時期を算出すると、算出された燃焼重心時期θ´ｍｆｂ５０と実際の燃焼重心時期θｍｆｂ５０とがずれてしまう。

具体的には、図１０の例では、熱発生量が最大値Ｑｍａｘ´となったクランク角度θｍｆｂ１００´以降に減少していくことで、所定の期間つまり熱発生量の演算を行った期間のうち最も遅角側の時期θ＿ｅの熱発生量が最小値Ｑｍｉｎ´として抽出される。そして、この最小値Ｑｍｉｎ´と熱発生量の最大値Ｑｍａｘ´との平均値Ｑ５０´となる燃焼重心時期が、熱発生量が最大となる時期θｍｆｂ１００´よりも遅角側の時期θ´ｍｆｂ５０に誤検出されてしまう。

そこで、本実施形態では、前記手順とは異なる手順で燃焼重心時期を算出する。ただし、本実施形態でも、ＥＣＵ１００の演算負荷が高くなるのを回避するべく、燃焼期間を含む所定の期間の筒内圧をクランク角度に対応づけて記憶しておき、演算負荷が比較的低いタイミングで燃焼重心時期の算出を行う。

本実施形態に係る燃焼重心時期の算出手順について、図１１のフローチャートおよび図１２の熱発生量の図を用いて説明する。

まず、ステップＳ１にて、ＥＣＵ１００は、記憶部１２２に記憶されている圧縮行程後半（およそ圧縮上死点前９０°ＣＡ（クランク角度））から膨張下死点付近までの筒内圧センサＳＮ２の信号（デジタル信号に変換された後の筒内圧センサＳＮ２の電圧信号）のうち燃焼期間を含む期間であって予め設定された基準期間の信号を読み込む。

次に、ステップＳ２にて、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１で抽出した筒内圧センサＳＮ２の信号をＩＩＲフィルタ１２３に通す。ＩＩＲフィルタ１２３は、所定の周波数の信号を除去可能なフィルタである。ＩＩＲフィルタ１２３は、ノッキングが生じたときの筒内圧の波形の周波数であって予め設定された比較的高い周波数の信号を除去できるように構成されており、ＩＩＲフィルタ１２３を通過することで、筒内圧センサＳＮ２の信号からノッキングの信号が除去される。ＩＩＲフィルタ１２３から出力された筒内圧センサＳＮ２の信号は、角度同期処理部１２４に送られる。

次に、ステップＳ３にて、ＥＣＵ１００（角度同期処理部１２４）は、ＩＩＲフィルタ１２３から出力された筒内圧センサＳＮ２の信号であって５０ｋＨｚでサンプリングされた信号を、この信号と関連づけて記憶されているクランク角センサＳＮ１の信号を用いて、所定クランク角度毎の信号に変換する。本実施形態では、ステップＳ３にて、筒内圧センサＳＮ２の信号が３°ＣＡ毎の信号に変換される。この筒内圧センサＳＮ２の信号は、圧力変換部１２５に送られる。

次に、ステップＳ４にて、ＥＣＵ１００（圧力変換部１２５）は、角度同期処理部１２４から入力された筒内圧センサＳＮ２の信号を、筒内圧の絶対圧に変換する。つまり、角度同期処理部１２４から出力された信号はまだ電圧値であり、圧力変換部１２５においてこの信号がはじめて筒内圧の絶対圧に変換される。

本実施形態では、筒内圧の絶対圧Ｐｃｐｓが、筒内圧センサＳＮ２の電圧をＶｃｐｓとしてＰｃｐｓ＝Ｋ×Ｖｃｐｓ＋ＯＦＦＳＥＴで算出できるようになっており、この式を用いて筒内圧センサＳＮ２の出力値（電圧値）が絶対圧に変換される。

係数Ｋは、筒内圧センサＳＮ２毎に予め決められている値であり、ＥＣＵ１００に記憶されている。一方、係数ＯＦＦＳＥＴ（以下、適宜、この係数をオフセット量という）は予め設定されておらず、本実施形態では、吸気圧センサＳＮ６の値を用いて算出する。オフセット量ＯＦＦＳＥＴの算出手順については後述する。

筒内圧の絶対圧に変換された筒内圧センサＳＮ２の出力値は、燃焼パラメータ算出部１２６に入力される。

次に、ステップＳ５にて、ＥＣＵ１００（燃焼パラメータ算出部１２６）は、クランク角度θにおける熱発生率△Ｑ（θ）を、筒内圧センサＳＮ２の出力値（絶対圧）Ｐを用いて下記式（１）より算出する。本実施形態では、前記のように、圧力変換部１２５を介して角度同期処理部１２４から燃焼パラメータ算出部１２６には３°ＣＡ刻みの筒内圧センサＳＮ２の出力値が入力されるようになっており、ここでは、３°ＣＡ刻みで３°ＣＡあたりの熱発生率△Ｑ（θ）が算出される。また、熱発生率△Ｑ（θ）の演算は、圧縮行程後半に設定された熱発生量演算開始クランク角度θ＿ｓから膨張下死点付近までの範囲について実施される。

式（１）におけるκは燃焼室６内のガスの比熱比であり予め設定された値が用いられる。Ｖ（θ）は、クランク角度θにおける燃焼室６の容積である。ＥＣＵ１００には各クランク角度に対する燃焼室６の容積がマップで記憶されており、このマップからクランク角度θに対応する燃焼室６の容積Ｖ（θ）が抽出されて式（１）に用いられる。△Ｖ（θ）は、クランク角度θにおける燃焼室６の容積Ｖの変化速度であり、ここでは、クランク角度θにおける燃焼室６の容積Ｖから、クランク角度θよりも３°ＣＡ前の燃焼室６の容積Ｖを引いた値が用いられる。つまり、△Ｖ（θ）には、△Ｖ（θ）＝Ｖ（θ）−Ｖ（θ−３°ＣＡ）により算出された値が用いられる。

また、Ｐ（θ）は、クランク角度θにおける筒内圧（筒内圧センサＳＮ２の出力値（絶対圧））である。△Ｐ（θ）は、クランク角度θにおける筒内圧Ｐの変化速度であり、ここでは、クランク角度θにおける筒内圧Ｐから、クランク角度θよりも３°ＣＡ前の筒内圧Ｐを引いた値が用いられる。つまり、△Ｐ（θ）には、△Ｐ（θ）＝Ｐ（θ）−Ｐ（θ−３°ＣＡ）により算出された値が用いられる。

次に、ステップＳ６において、ＥＣＵ１００（燃焼パラメータ算出部１２６）は、熱発生量演算開始クランク角度θ＿ｓにおける熱発生量Ｑ（θ＿ｓ）（以下、初期熱発生量Ｑ（θ＿ｓ）という）を算出する。本実施形態では、初期熱発生量Ｑ（θ＿ｓ）を、熱発生量演算開始クランク角度θ＿ｓにおける筒内圧センサＳＮ２の出力値（絶対圧）と、モータリング時圧力との差を用いて算出する。

モータリング時圧力は、現在のエンジン回転数（熱発生量を算出しようとしている筒内圧の波形が得られたエンジン回転数）と同じエンジン回転数でモータリングを行ったときの、熱発生量演算開始クランク角度θ＿ｓにおける圧力である。本実施形態では、減速時に、熱発生量演算開始クランク角度θ＿ｓにおける筒内圧センサＳＮ２の出力値（絶対圧）を検出するとともに、ＥＣＵ１００に、この出力値をエンジン回転数と関連付けて記憶させるようにしており、この記憶された値から現在のエンジン回転数に対応する筒内圧センサＳＮ２の出力値（絶対圧）をモータリング時圧力として抽出する。

次に、ステップＳ７にて、ＥＣＵ１００（燃焼パラメータ算出部１２６）は、ステップＳ２６で算出した初期熱発生量Ｑ（θ＿ｓ）に、ステップＳ２５で算出した熱発生率を積算していき、各クランク角度θにおける熱発生量Ｑ（θ）を算出する。具体的には、次の式（２）によって熱発生量Ｑ（θ）を算出する。

次に、ステップＳ８にて、ＥＣＵ１００（燃焼パラメータ算出部１２６）は、算出された各クランク角度θの熱発生量Ｑ（θ）の最大値Ｑｍａｘ、および、熱発生量Ｑ（θ）がこの最大値Ｑｍａｘとなるときのクランク角度θｍｆｂ１００（以下、最大クランク角度という）を求める。

次に、ステップＳ９にて、ＥＣＵ１００（燃焼パラメータ算出部１２６）は、熱発生量Ｑ（θ）が最小となるときの値を熱発生量Ｑ（θ）の最小値Ｑｍｉｎとして求めるとともに、熱発生量Ｑ（θ）がこの最小値Ｑｍｉｎとなるときのクランク角度θｍｆｂ０（以下、最小クランク角度という）を最小クランク角度θｍｆｂ０として求める。

このとき、本実施形態では、図１１に示すように、ステップＳ８で求めた最大クランク角度θｍｆｂ１００よりも進角側の範囲Ｒ内で、熱発生量Ｑ（θ）の最小値Ｑｍｉｎおよび最小クランク角度θｍｆｂ０を求める。つまり、ＥＣＵ１００（燃焼パラメータ算出部１２６）は、熱発生量演算開始クランク角度θ＿ｓから最大クランク角度θｍｆｂ１００までの各クランク角度における熱発生量Ｑ（θ）のなかから値が最小となるものを前記最小値Ｑｍｉｎとして抽出し、熱発生量演算開始クランク角度θ＿ｓから最大クランク角度θｍｆｂ１００までの角度のうち熱発生量Ｑ（θ）が最小値Ｑｍｉｎとなる角度を最小クランク角度θｍｆ０とする。

次に、ステップＳ１０にて、ＥＣＵ１００（燃焼パラメータ算出部１２６）は、熱発生量Ｑ（θ）の最大値Ｑｍａｘと熱発生量Ｑ（θ）の最小値Ｑｍｉｎの平均値（最大値Ｑｍａｘと最小値Ｑｍｉｎとの合計を２で割った値）Ｑ５０を算出する。

次に、ステップＳ３１にて、ＥＣＵ１００（燃焼パラメータ算出部１２６）は、最大クランク角度θｍｆｂ１００よりも進角側の範囲Ｒ内で、熱発生量Ｑ（θ）がステップＳ３０で算出した平均値Ｑ５０に最も近くなるとなるときのクランク角度θを算出し、このクランク角度θを燃焼重心時期として決定する。

このように、本実施形態では、最大クランク角度θｍｆｂ１００つまり熱発生量Ｑ（θ）の最大値Ｑｍａｘとなるクランク角度θｍｆｂ１００よりも進角側で且つ熱発生量が前記平均値Ｑ５０となるクランク角度を燃焼重心時期θｍｆｂ５０として決定する。

次に、筒内圧センサＳＮ２から出力された電圧を絶対圧に変換するのに必要なオフセット量ＯＦＦＳＥＴの算出手順について図１３を用いて説明する。

まず、ステップＳ２１で、圧力変換部１２５は吸気弁１１が閉弁した時期である吸気閉弁時期ＩＶＣを読み込む。詳細には、変換処理の対象となる筒内圧センサＳＮ２が設けられた気筒２の吸気閉弁時期ＩＶＣ、且つ、変換処理の対象となる燃焼サイクルにおける吸気閉弁時期ＩＶＣを読み込む。

次に、ステップＳ２２にて、圧力変換部１２５は、吸気閉弁時期ＩＶＣよりも所定のクランク角度前の時期から吸気閉弁時期ＩＶＣまでの期間（所定の期間、以下、適宜、平均処理期間という）に吸気圧センサＳＮ６で検出された複数の吸気圧を読み込むとともに、この平均処理期間に筒内圧センサＳＮ２から出力された複数の電圧値を記憶部１２２から読み込む。なお、本実施形態では、記憶部１２２には、少なくとも平均処理期間を含む所定の期間にわたって吸気圧センサＳＮ６からの出力値が記憶されている。また、記憶部１２２には、吸気下死点付近の筒内圧センサＳＮ２の複数の信号であって、平均処理期間を含む期間中に出力された信号が記憶されている。平均処理期間は例えば１２°ＣＡ（クランク角度）に設定されている。

次に、ステップＳ２３にて、圧力変換部１２５は、ステップＳ２２で読み込んだ複数の吸気圧の平均値Ｐｉｍ＿ａｖｅつまり平均処理期間における吸気圧の平均値Ｐｉｍ＿ａｖｅを算出する。

また、ステップＳ２４にて、圧力変換部１２５は、ステップＳ２で読み込んだ複数の筒内圧センサＳＮ２の出力値（電圧値）の平均値Ｖｃｐｓ＿ａｖｅつまり平均処理期間における筒内圧センサＳＮ２の出力値（電圧値）の平均値Ｖｃｐｓ＿ａｖｅを算出する。

次に、ステップＳ２５にて、圧力変換部１２５は、ステップＳ４にて算出した筒内圧センサＳＮ２の出力値（電圧値）の平均値Ｖｃｐｓ＿ａｖｅに、前記係数Ｋをかけた値をオフセット補正前筒内圧として算出する。つまり、ステップＳ５では、オフセット補正前筒内圧をＰｃｐｓ＿ｏｆとして、これを、Ｐｃｐｓ＿ｏｆ＝Ｋ×Ｖｃｐｓ＿ａｖｅにより算出する。

次に、ステップＳ２６にて、圧力変換部１２５は、ステップＳ３で算出した吸気圧の平均値Ｐｉｍ＿ａｖｅからステップＳ５で算出したオフセット補正前筒内圧Ｐｃｐｓ＿ｏｆを引いた値をオフセット量として算出する。つまり、オフセット量をＯＦＦＳＥＴとして、これを、ＯＦＦＳＥＴ＝Ｐｉｍ＿ａｖｅ−Ｐｃｐｓ０により算出する。

（５）第１実施形態の作用等
以上のように、本実施形態では、まず、最大クランク角度θｍｆｂ１００つまり熱発生量Ｑ（θ）が最大となるクランク角度θｍｆｂ１００を求める。次に、最大クランク角度θｍｆｂ１００よりも進角側の範囲Ｒ内で、熱発生量Ｑ（θ）の最小値Ｑｍｉｎを求める。そして、最大クランク角度θｍｆｂ１００よりも進角側の範囲Ｒ内で、熱発生量がその最大値Ｑｍａｘと前記のようにして求めた最小値Ｑｍｉｎとの平均値Ｑ５０となる（平均値Ｑ５０に最も近くなる）クランク角度を燃焼重心時期θｍｆｂ５０として決定する。

従って、熱発生量が図１１や図１０の実線で示すように誤算出された場合であっても、最小クランク角度θｍｆｂ０および燃焼重心時期θｍｆｂ５０が最大クランク角度θｍｆｂ１００よりも遅角側の時期として誤算出されること、つまり、燃焼重心時期θｍｆｂ５０が実際の時期から大きくずれるのを防止することができる。そして、この実値から大きくずれた燃焼重心時期θｍｆｂ５０に基づいて点火タイミング等が不適切に補正されるのを防止できる。

（６）第２実施形態
前記第１実施形態では、熱発生量が最大となる時期（最大クランク角度）よりも進角側の範囲で熱発生量の最小値を抽出するとともに、熱発生量が最大となる時期（最大クランク角度）よりも進角側の範囲のクランク角度を燃焼重心時期θｍｆｂ５０として決定することで、燃焼重心時期θｍｆｂ５０が実際の時期から大きくずれるのを防止した場合について説明したが、これに代えて、筒内圧センサＳＮ２のダイアフラムに加えられる熱負荷が所定値以上のときは、筒内圧センサＳＮ２の検出値を用いた燃焼重心時期θｍｆｂ５０の算出を停止するようにしてもよい。

図１４は、このように構成された第２実施形態に係る筒内圧センサＳＮ２の信号処理の流れを示したフローチャートである。

まず、ステップＳ３１にて、ＥＣＵ１００は、エンジンの運転状態を読み込む。詳細には、算出しようとしている燃焼重心時期に対応するタイミングのエンジンの運転状態に係る各値であって記憶部１２２に記憶した各値を読み込む。例えば、ＥＣＵ１００は、エンジン回転数、エンジン負荷、燃料噴射量、燃焼開始前の筒内温度等を読み込む。なお、燃焼開始前の筒内温度は、吸気温度、エンジン冷却水の温度等に基づいてＥＣＵ１００において別途推定されている。

次に、ステップＳ３２にて、ＥＣＵ１００は、ステップＳ３１で読み込んだエンジンの運転状態に基づいて筒内圧センサＳＮ２のダイアフラムに加えられる熱負荷を推定する。

具体的には、１燃焼サイクル（算出しようとしている燃焼重心時期に対応する燃焼サイクル）中にダイアフラムに加えられる熱負荷の最大値を推定する。例えば、ＥＣＵ１００は、エンジン回転数、エンジン負荷、燃料噴射量、燃焼開始前の筒内温度がそれぞれ高いほど、前記熱負荷の最大値を高い値に推定する。

次に、ステップＳ３３において、ＥＣＵ１００は、推定した熱負荷の最大値（最大熱負荷）が予め設定された判定値（所定値）以上であるか否かを判定する。

ステップＳ３３の判定がＮＯであって推定した熱負荷の最大値が判定値未満の場合は、ＥＣＵ１００は、ステップＳ３４に進み、筒内圧センサＳＮ２の検出値を用いて燃焼重心時期を算出する。なお、このときの燃焼重心時期の算出手順は、第１実施形態で説明した手順であってもよいし、前記の比較算出手順であってもよい。

一方、ステップＳ３３の判定がＹＥＳであって推定した熱負荷の最大値が判定値以上の場合は、ＥＣＵ１００は、ステップＳ３５に進み、前回の燃焼サイクルの燃焼重心時期を今回の燃焼重心時期として算出する。ここで、前回の燃焼サイクルとは、ステップＳ３３の判定がＮＯとなって筒内圧センサＳＮ２の検出値に基づいて燃焼重心時期が算出されたときの燃焼サイクルである。

なお、本実施形態では、前記ステップＳ３１〜Ｓ３５の処理は主として燃焼パラメータ算出部１２６で行われ、この燃焼パラメータ算出部１２６が請求項における燃焼パラメータ推定手段として機能する。

（作用等）
この第２実施形態によれば、筒内圧センサＳＮ２のダイアフラムに加えられた熱負荷が予め設定された判定値以上の場合は、筒内圧センサＳＮ２の検出値を用いた燃焼重心時期の推定が停止される。従って、ダイアフラムの熱変形が大きいことに伴って燃焼重心時期が実値と大きくずれた値に推定されてしまうのを防止することができる。そして、第１実施形態と同様に、この実値から大きくずれた燃焼重心時期θｍｆｂ５０に基づいて点火タイミング等が不適切に補正されるのを防止できる。

（変形例）
なお、前記では、１燃焼サイクル中にダイアフラムに加えられる熱負荷の最大値が判定値以上であるかを判定し、この判定結果に応じて筒内圧センサＳＮ２の検出値を用いて燃焼重心時期を算出するか否かを決定した場合について説明したが、これに代えて各クランク角度での前記熱負荷を推定し、この熱負荷が前記判定値以上となるクランク角度よりも遅角側のクランク角度においてのみ筒内圧センサＳＮ２の検出値の利用を停止するようにしてもよい。具体的には、所定のクランク角度において熱負荷が前記判定値以上になると、この所定のクランク角度よりも進角側の筒内圧センサＳＮ２の検出値のみを用いて燃焼重心時期を求めるようにしてもよい。この場合において、さらに、圧縮上死点から所定期間が経過すると、前記熱負荷が前記判定値以上になったと推定するようにしてもよい。

また、筒内圧センサＳＮ２の検出値を利用して推定するパラメータであって燃焼に係るパラメータは燃焼重心時期に限らず、他の燃焼パラメータであってもよい。例えば、筒内圧センサＳＮ２の検出を利用して着火時期等を推定するように構成し、ステップＳ３５において筒内圧センサＳＮ２の検出値を利用して着火時期等を推定し、ステップＳ３４において前回の着火時期等を用いるように構成してもよい。

（７）第３実施形態
また、前記第１実施形態および第２実施形態に代えて、筒内圧センサＳＮ２のダイアフラムに前記判定値以上の熱負荷がかかった場合には、筒内圧センサＳＮ２の検出値を補正するように構成してもよい。

図１５は、このように構成された第３実施形態に係る筒内圧センサＳＮ２の信号処理の流を示したフローチャートである。

まず、ステップＳ４１にて、エンジンの運転状態を読み込む。詳細には、算出しようとしている燃焼重心時期に対応する燃焼サイクル（以下、対象サイクルという）におけるエンジンの運転状態であって記憶部１２２に記憶している各値を読み込む。例えば、ＥＣＵ１００は、エンジン回転数、エンジン負荷、燃料噴射量、燃焼開始前の筒内温度等を読み込む。

次に、ステップＳ４２にて、筒内圧センサＳＮ２のダイアフラムに加えられる熱負荷であって各クランク角度における熱負荷を推定する。

具体的には、ＥＣＵ１００には、１燃焼サイクル中の所定期間（燃焼が生じる期間を含む）における各クランク角度での前記熱負荷が、燃料噴射量毎にマップで記憶されており、ＥＣＵ１００は、対象サイクルの燃料噴射量に基づいてこのマップを抽出する。そして、ＥＣＵ１００は、このマップの各クランク角度に対する前記熱負荷の値を、エンジン回転数、エンジン負荷、燃焼開始前の筒内温度に基づいて補正し、各クランク角度の前記熱負荷を推定する。

次に、ステップＳ４３にて、ＥＣＵ１００は、ステップＳ４２で推定した熱負荷に応じて各クランク角度の筒内圧の補正係数を決定する。

本実施形態では、この補正係数は図１６に示すように設定されており、熱負荷が予め設定された基準値以下では補正係数は１とされ、熱負荷が基準値を超えると熱負荷が高いほど補正係数は高い値とされる。つまり、本実施形態では、筒内圧センサＳＮ２は、ダイアフラムに加えられる熱負荷が大きく熱変形量が大きくなるほど圧電素子の出力が小さくなるようになっており、これに対応して前記補正係数すなわち補正量は熱負荷が高いほど大きい値とされる。

次に、ステップＳ４４にて、ＥＣＵ１００は、ステップＳ４３で決定した補正係数を用いて、各クランク角度について、筒内圧センサＳＮ２により検出された筒内圧を補正する。具体的には、図１１で示したフローチャートのステップＳ４で筒内圧センサＳＮ２の出力値を圧力に変換した後、これに前記補正係数を積算する。つまり、ステップＳ４４では、各クランク角度について、補正後の筒内圧が、補正後の筒内絶対圧＝（ステップＳ４で求めた筒内圧）×補正係数で算出される。

その後、ＥＣＵ１００は、ステップＳ４５において、この補正係数で補正した後の筒内圧を用いて燃焼重心時期を算出する。具体的には、補正係数で補正した後の筒内圧を用いて図１１のフローチャートのステップＳ５以降を実施して燃焼重心時期を算出する。

なお、本実施形態では、前記ステップＳ４１〜Ｓ４４の処理は主として燃焼パラメータ算出部１２６で行われ、この燃焼パラメータ算出部１２６が請求項における補正手段として機能する。

（作用等）
この第３実施形態によれば、筒内圧センサＳＮ２のダイアフラムに加えられた熱負荷に応じて筒内圧センサＳＮ２の検出値が補正されるため、筒内圧をより精度よく検出することができ、燃焼重心時期が実値から大きくずれた値に誤推定されるのを防止できる。そして、第１実施形態および第２実施形態と同様に、この実値から大きくずれた燃焼重心時期θｍｆｂ５０に基づいて点火タイミング等が不適切に補正されるのを防止できる。

（変形例）
この第３実施形態においても、筒内圧センサＳＮ２の検出値を利用して推定するパラメータであって燃焼に係るパラメータは燃焼重心時期に限らず、他の燃焼パラメータであってもよい。例えば、筒内圧センサＳＮ２の検出を利用して着火時期等を推定するように構成し、ステップＳ４５において筒内圧センサＳＮ２の検出値を利用して着火時期等を推定するように構成してもよい。

（８）その他の変形例
エンジン本体で実施される燃焼形態は前記に限らない。例えば、全ての運転領域でＳＩ燃焼が実施されるエンジンに前記の筒内圧センサＳＮ２の信号処理が用いられてもよい。

ただし、ＳＰＣＣＩ燃焼では、火花点火によって生じる燃焼と自着火燃焼という形態の異なる燃焼が行われて、１燃焼サイクル中でダイアフラムへの熱負荷のかかり具合ひいてはダイアフラムの熱変形量が比較的大きく変動する。そのため、ＳＰＣＣＩ燃焼が実施されたときには、筒内圧センサＳＮ２の検出値の実値とのずれ量が１燃焼サイクル中で変化しやすい。従って、このようなＳＰＣＣＩ燃焼が実施されるエンジンに、前記各実施形態に係る筒内圧センサＳＮ２の信号処理を実施すれば、前記のずれに伴うエンジン制御に対する悪影響を効果的に防止することができる。

２ 気筒
１２６ 燃焼パラメータ算出部（燃焼重心時期推定手段、燃焼パラメータ推定手段、補正手段）
ＳＮ２ 筒内圧センサ（筒内圧検出手段）
θｍｆｂ５０ 燃焼重心時期

Claims (4)

1. 気筒内の圧力である筒内圧に応じて変位するダイアフラムを有し、当該ダイアフラムの変位量に基づいて前記筒内圧を検出可能な筒内圧検出手段と、
   前記ダイアフラムの熱変形に伴って生じる前記筒内圧検出手段の検出値における実際の筒内圧からのずれを補正する補正手段とを備え、
   前記補正手段は、前記気筒内で混合気が燃焼する期間を含む所定期間中の各クランク角度において前記ダイアフラムに加えられる熱負荷を推定するとともに、推定した当該熱負荷に基づいて、前記筒内圧検出手段の検出値に適用される補正係数をクランク角度ごとに決定し、
   前記補正係数は、前記熱負荷が予め定められた所定値以下のときに一定とされ、前記熱負荷が前記所定値を超えると当該熱負荷が高いほど大きくされることを特徴とするエンジンの信号処理装置。
2. 気筒内の圧力である筒内圧に応じて変位するダイアフラムを有し、当該ダイアフラムの変位量に基づいて前記筒内圧を検出可能な筒内圧検出手段と、
   前記筒内圧検出手段で検出された前記筒内圧に基づいて前記気筒内の燃焼状態に関わるパラメータを推定する燃焼パラメータ推定手段とを備え、
   前記燃焼パラメータ推定手段は、１燃焼サイクル中に前記ダイアフラムに加えられる熱負荷が予め定められた所定値以上になるか否かを判定し、所定のクランク角度において前記熱負荷が前記所定値以上になると判定した場合には、当該所定のクランク角度よりも進角側における前記筒内圧検出手段の検出値のみを用いて前記パラメータを推定することを特徴とするエンジンの信号処理装置。
3. 請求項２に記載のエンジンの信号処理装置であって、
   前記燃焼パラメータ推定手段は、予め設定された基準期間における各時点での前記気筒内の熱発生量を前記パラメータとして推定するとともに、この推定した基準期間における熱発生量の時系列データに基づいて、１燃焼サイクルにおいて前記気筒への供給燃料の５０％質量分が燃焼した時点である燃焼重心時期を推定することを特徴とするエンジンの信号処理装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のエンジンの信号処理装置であって、
   エンジンの少なくとも一部の運転領域では、気筒内の混合気の一部を火花点火により強制的に燃焼させた後に気筒内の残りの混合気を自着火燃焼させる部分圧縮着火燃焼が実施されることを特徴とするエンジンの信号処理装置。