JP7188242B2 - 内燃機関の制御装置および制御方法 - Google Patents

Description

ここに開示する技術は、内燃機関の制御装置及び制御方法に関する。

特許文献１には、８°燃焼割合に基づいて点火時期を制御する火花点火式エンジンが記載されている。尚、特許文献１では、８°燃焼割合を、「燃焼室において燃焼した総ての燃料のうちピストンに対する仕事に寄与した燃料の総量に対する、圧縮上死点後８°までに同燃焼室において燃焼した燃料のうちピストンに対する仕事に寄与した燃料の積算量の割合」と定義している。

特開２０１０－７６０７号公報

ところで、本願出願人は、ＳＩ（Spark Ignition）燃焼とＣＩ（Compression Ignition）燃焼とを組み合わせたＳＰＣＣＩ（SPark Controlled Compression Ignition）燃焼を提案している。ＳＩ燃焼は、燃焼室の中の混合気に強制的に点火を行うことにより開始する火炎伝播を伴う燃焼である。ＣＩ燃焼は、燃焼室の中の混合気が自己着火することにより開始する燃焼である。ＳＰＣＣＩ燃焼は、燃焼室の中の混合気に強制的に点火を行って、火炎伝播による燃焼を開始させると、ＳＩ燃焼の発熱及び火炎伝播による圧力上昇によって、燃焼室の中の未燃混合気が自己着火により燃焼する形態である。ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＣＩ燃焼を含んでいるため、「自己着火による燃焼」の一形態である。

ＳＰＣＣＩ燃焼のような部分自己着火燃焼において、点火時期から自己着火を開始するまでのクランク角期間は、筒内状態量に応じて変化する。部分自己着火燃焼は、点火時期が同じであっても筒内の平均圧力が異なることで、発生するトルクが変化する場合がある。本願発明者らは、部分自己着火燃焼は、点火時期とトルクとの相関が低いが、質量燃焼割合が所定値となる特定クランク角度とトルクとの相関は高いことを見出した。そこで、部分自己着火燃焼を行う内縁機関においてトルクの調節を行うに当たり、質量燃焼割合が所定値となる特定クランク角度を指標として点火時期を調節することが考えられる。

尚、質量燃焼割合が所定値となるクランク角度は、所定値を表す数字と組み合わせて、例えばｍｆｂ５０（Mass Fraction Burned 50）と表記されることが一般的である。ｍｆｂ５０は、総噴射量の５０％の燃料が燃焼するクランク角度を意味している。

具体的に、部分自己着火燃焼を行う内燃機関の制御部は、例えばｍｆｂ５０の目標値を内燃機関の運転状態に応じて定めると共に、ｍｆｂ５０の目標値を満足するようなタイミングで、混合気に強制的に点火する。こうすることで、制御部は、内燃機関のトルクを適切に調節することができる。

ところで、点火時期が遅くなりすぎると、部分自己着火燃焼の燃焼変動が大きくなって燃焼が不安定になってしまう。燃焼が不安定になると、内燃機関から排出されるガスの性状が悪化したり、内燃機関の燃費が悪化したりする恐れがある。

例えばＳＤＩ（Standard Deviation of IMEP（Indicated Mean Effective Pressure））及び／又はＬＮＶ（Lowest Normalized Value）といった燃焼変動を表す指標に基づいて、内燃機関の運転点毎に、ｍｆｂ５０の遅角限界を定めることができる。部分自己着火燃焼を行う内燃機関の制御部は、ｍｆｂ５０が遅角限界を超えないよう、ｍｆｂ５０の目標値を定めて点火を行わなければならない。

燃焼変動は、ｍｆｂ５０のばらつき度合いに関連する。本願発明者等の検討によると、ｍｆｂ５０のばらつき度合いは、内燃機関毎に個体差があると共に、経年によって、ｍｆｂ５０のばらつき度合いも変化することがわかった。従って、ｍｆｂ５０のばらつき度合いを正確に把握しないと、ｍｆｂ５０の遅角限界を適切に設定することができない。

ここに開示する技術は、部分自己着火燃焼を行う内燃機関において、遅角限界を適切に設定することにより、燃焼が不安定になることを抑制する。

ここに開示する技術は、筒内の混合気に強制点火した後、一部の未燃混合気が自己着火により燃焼する内燃機関の制御方法に関する。この制御方法は、
制御部が、質量燃焼割合が所定値となる特定クランク角度のばらつき度合いに関係する燃焼変動の指標に基づいて、前記特定クランク角度の遅角限界を定めるステップと、
前記制御部が、前記遅角限界に基づいて、前記遅角限界を超えないように特定クランク角度の目標値を設定するステップと、
前記制御部が、設定した目標値を満足するようなタイミングで点火部に強制点火をさせることにより、前記筒内の混合気の一部を自己着火により燃焼させるステップと、
前記制御部が、燃焼時の前記筒内の状態量と予め設定したモデルとに基づいて、質量燃焼割合が前記所定値となる前記特定クランク角度を推定するステップと、
前記制御部が、燃焼時に筒内圧センサが出力した信号に基づき、質量燃焼割合が前記所定値となる前記特定クランク角度を計測するステップと、
前記制御部が、前記推定した特定クランク角度と、前記計測した特定クランク角度との差に基づいて、前記特定クランク角度のばらつき度合いを更新するステップと、
前記制御部が、更新したばらつき度合いに基づき、前記特定クランク角度の遅角限界を更新するステップと、
を備えている。

この構成によると、制御部が、筒内の状態量とモデルとから推定した特定クランク角度と、筒内圧センサの信号に基づき計測した特定クランク角度とに基づいて、特定クランク角度のばらつき度合いを更新するから、個体差があっても、また、経年で変化しても、制御部は、現時点の当該内燃機関における特定クランク角度のばらつき度合いを正確に把握することができる。

そして、制御部は、更新した特定クランク角度のばらつき度合いに基づき、特定クランク角度の遅角限界を更新し、更新した遅角限界に基づいて、特定クランク角度の目標値を設定し、点火部による強制点火を行う。遅角限界が正確なばらつき度合いに基づいて設定されているため、点火時期を適切な時期に設定することができ、燃焼が不安定になることが抑制される。内燃機関から排出されるガス性状が悪化することが抑制されると共に、燃費性能が低下することが抑制される。

前記制御方法は、前記制御部が、前記内燃機関の運転状態に応じて設定した目標トルクに基づき、前記特定クランク角度の目標値を設定するステップを備え、前記制御部は、トルクダウン要求があった場合に、前記特定クランク角度の遅角限界に基づいて、前記特定クランク角度の目標値を設定する、としてもよい。

点火時期を遅角させると燃焼時期が遅角するから、トルクが低下する。トルクダウン要求時に点火時期を遅角すると、トルクを速やかに低下させることができる。しかしながら、点火時期を遅くし過ぎて特定クランク角度が遅角限界を超えてしまうと、燃焼が不安定になる。

トルクダウン要求時に、制御部が、遅角限界に基づいて特定クランク角度の目標値を設定することにより、燃焼が不安定になることを回避しながら、トルクを、速やかに低下させることができる。

トルクダウン要求が無い場合に、制御部が、目標トルクに基づいて特定クランク角度の目標値を設定することにより、内燃機関の運転状態に対応したトルクが発生する。

前記制御部は、混合気のＥＧＲ率が高い場合に、前記特定クランク角度の目標値を、ＥＧＲ率が低い場合よりも進角させる、としてもよい。

混合気のＥＧＲ率が高いと燃焼期間が長くなるため、特定クランク角度のばらつき度合いが大きくなる。また、ＥＧＲ率が高い場合は、ＥＧＲ率が低い場合よりも遅角限界が進角する。制御部が、遅角限界に基づいて特定クランク角度の目標値を設定する際に、特定クランク角度のばらつき度合いを考慮することにより、ＥＧＲ率が高い場合の特定クランク角度の目標値は、相対的に進角する。

ここに開示する技術は、筒内の混合気に強制点火した後、一部の未燃混合気が自己着火により燃焼する内燃機関の制御装置に関係する。この制御装置は、
前記内燃機関に取り付けられた点火部と、
前記点火部に接続されかつ、質量燃焼割合が所定値となる特定クランク角度の目標値に基づいて前記点火部に点火信号を出力する制御部と、
前記制御部に接続されると共に、前記筒内の圧力に対応する信号を前記制御部へ出力する筒内圧センサと、を備え、
前記制御部は、
前記特定クランク角度のばらつき度合いに関係する燃焼変動の指標に基づいて、前記特定クランク角度の遅角限界を定める遅角限界設定部と、
前記特定クランク角度の遅角限界に基づいて、前記遅角限界を超えないように特定クランク角度の目標値を設定する目標値設定部と、
設定した目標値を満足するようなタイミングで前記点火部に強制点火をさせることにより、前記筒内の混合気の一部を自己着火により燃焼させる点火調節部と、
燃焼時の前記筒内の状態量と予め設定したモデルとに基づいて、質量燃焼割合が前記所定値となる前記特定クランク角度を推定する推定部と、
燃焼時に筒内圧センサが出力した信号に基づき、質量燃焼割合が前記所定値となる前記特定クランク角度を計測する計測部と、
前記推定した特定クランク角度と、前記計測した特定クランク角度との差に基づいて、前記特定クランク角度のばらつき度合いを更新する更新部と、を有し、
前記遅角限界設定部は、更新したばらつき度合いに基づき、前記特定クランク角度の遅角限界を更新する。

前記目標値設定部は、前記内燃機関の運転状態に応じて設定した目標トルクに基づき、前記特定クランク角度の目標値を設定し、前記制御部は、トルクダウン要求があった場合に、前記特定クランク角度の遅角限界に基づいて、前記特定クランク角度の目標値を設定する、としてもよい。

前記目標値設定部は、前記筒内の混合気のＥＧＲ率が高い場合に、前記特定クランク角度の目標値を、ＥＧＲ率が低い場合よりも進角させる、としてもよい。

以上説明したように、前記の内燃機関の制御装置及び制御方法は、部分自己着火燃焼を行う内燃機関において、遅角限界を適切に設定することにより、燃焼が不安定にならないように点火時期を調節することができる。

図１は、エンジンの構成を例示する図である。 図２は、燃焼室の構成を例示する図であり、上図は燃焼室の平面視相当図、下図はII－II線断面図である。 図３は、エンジンの制御装置の構成を例示するブロック図である。 図４は、ＳＰＣＣＩ燃焼の波形を例示する図である。 図５は、エンジンの運転マップを例示する図である。 図６の上図はｍｆｂ５０と熱効率との関係、下図はｍｆｂ５０と燃焼期間との関係を例示する図である。 図７は、エンジンの点火制御を実行するＥＣＵの機能ブロックを例示するブロック図である。 図８は、エンジンの点火制御を例示するフローチャートである。

以下、内燃機関の制御装置に関する実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明は、内燃機関としてのエンジン、及び、エンジンの制御装置の一例である。

図１は、エンジンシステムの構成を例示する図である。図２は、エンジンの燃焼室の構成を例示する図である。尚、図１における吸気側は紙面左側であり、排気側は紙面右側である。図２における吸気側は紙面右側であり、排気側は紙面左側である。図３は、エンジンの制御装置の構成を例示するブロック図である。

エンジン１は、燃焼室１７が吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程を繰り返すことにより運転する４ストロークエンジンである。エンジン１は、四輪の自動車に搭載されている。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。燃料は、少なくともガソリンを含む液体燃料であればよい。燃料は、例えばバイオエタノール等を含むガソリンであってもよい。

（エンジンの構成）
エンジン１は、シリンダブロック１２と、その上に載置されるシリンダヘッド１３とを備えている。シリンダブロック１２の内部に複数のシリンダ１１が形成されている。図１及び図２では、一つのシリンダ１１のみを示す。エンジン１は、多気筒エンジンである。

各シリンダ１１内には、ピストン３が摺動自在に内挿されている。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は、シリンダ１１及びシリンダヘッド１３と共に燃焼室１７を区画する。尚、「燃焼室」は広義で用いる場合がある。つまり、「燃焼室」は、ピストン３の位置に関わらず、ピストン３、シリンダ１１及びシリンダヘッド１３によって形成される空間を意味する場合がある。

シリンダヘッド１３の下面、つまり、燃焼室１７の天井面は、図２の下図に示すように、傾斜面１３１１と、傾斜面１３１２とによって構成されている。傾斜面１３１１は、吸気側から、後述するインジェクタ６の噴射軸心Ｘ２に向かって上り勾配となっている。傾斜面１３１２は、排気側から噴射軸心Ｘ２に向かって上り勾配となっている。燃焼室１７の天井面は、いわゆるペントルーフ形状である。

ピストン３の上面は燃焼室１７の天井面に向かって隆起している。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の上面から凹陥している。キャビティ３１は、この構成例では、浅皿形状を有している。キャビティ３１の中心は、シリンダ１１の中心軸Ｘ１よりも排気側にずれている。

エンジン１の幾何学的圧縮比は、１０以上３０以下に設定されている。後述するようにエンジン１は、一部の運転領域において、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせたＳＰＣＣＩ燃焼を行う。ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼による発熱と圧力上昇とを利用して、ＣＩ燃焼をコントロールする。エンジン１は、圧縮着火式である。このエンジン１は、ピストン３が圧縮上死点に至った時の燃焼室１７の温度（つまり、圧縮端温度）を高くする必要がない。エンジン１は、幾何学的圧縮比を、比較的低く設定することが可能である。幾何学的圧縮比を低くすると、冷却損失の低減、及び、機械損失の低減に有利になる。エンジン１の幾何学的圧縮比は、レギュラー仕様（燃料のオクタン価が９１程度の低オクタン価燃料）においては、１４～１７とし、ハイオク仕様（燃料のオクタン価が９６程度の高オクタン価燃料）においては、１５～１８としてもよい。

シリンダヘッド１３には、シリンダ１１毎に、吸気ポート１８が形成されている。吸気ポート１８は、図示は省略するが、第１吸気ポート及び第２吸気ポートを有している。吸気ポート１８は、燃焼室１７に連通している。吸気ポート１８は、詳細な図示は省略するが、いわゆるタンブルポートである。つまり、吸気ポート１８は、燃焼室１７の中にタンブル流が形成されるような形状を有している。

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、燃焼室１７と吸気ポート１８との間を開閉する。吸気弁２１は動弁機構によって、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とすればよい。この構成例では、図３に示すように、可変動弁機構は、吸気電動Ｓ－ＶＴ（Sequential-Valve Timing）２３を有している。吸気電動Ｓ－ＶＴ２３は、吸気カムシャフトの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の開弁タイミング及び閉弁タイミングは、連続的に変化する。尚、吸気動弁機構は、電動Ｓ－ＶＴに代えて、油圧式のＳ－ＶＴを有していてもよい。

シリンダヘッド１３にはまた、シリンダ１１毎に、排気ポート１９が形成されている。排気ポート１９も、第１排気ポート及び第２排気ポートを有している。排気ポート１９は、燃焼室１７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、燃焼室１７と排気ポート１９との間を開閉する。排気弁２２は動弁機構によって、所定のタイミングで開閉する。この動弁機構は、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とすればよい。この構成例では、図３に示すように、可変動弁機構は、排気電動Ｓ－ＶＴ２４を有している。排気電動Ｓ－ＶＴ２４は、排気カムシャフトの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の開弁タイミング及び閉弁タイミングは、連続的に変化する。尚、排気動弁機構は、電動Ｓ－ＶＴに代えて、油圧式のＳ－ＶＴを有していてもよい。

吸気電動Ｓ－ＶＴ２３及び排気電動Ｓ－ＶＴ２４は、吸気弁２１と排気弁２２との両方が開弁するオーバーラップ期間の長さを調節する。オーバーラップ期間の長さを長くすると、燃焼室１７の中の残留ガスを掃気することができる。また、オーバーラップ期間の長さを調節することによって、内部ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガスを燃焼室１７の中に導入することができる。吸気電動Ｓ－ＶＴ２３及び排気電動Ｓ－ＶＴ２４は、内部ＥＧＲシステムを構成している。尚、内部ＥＧＲシステムは、Ｓ－ＶＴによって構成されるものに限らない。

シリンダヘッド１３には、シリンダ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、燃焼室１７の中に燃料を直接噴射する。インジェクタ６は、燃料供給部の一例である。インジェクタ６は、傾斜面１３１１と傾斜面１３１２とが交差するペントルーフの谷部に配設されている。図２に示すように、インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２は、シリンダ１１の中心軸Ｘ１よりも排気側に位置している。インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２は、中心軸Ｘ１に平行である。インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２とキャビティ３１の中心とは一致している。インジェクタ６は、キャビティ３１に対向している。尚、インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２は、シリンダ１１の中心軸Ｘ１と一致していてもよい。その構成の場合に、インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２と、キャビティ３１の中心とは一致していてもよい。

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の燃料噴射弁によって構成されている。インジェクタ６は、図２に二点鎖線で示すように、燃料噴霧が、燃焼室１７の中央から放射状に広がるように燃料を噴射する。インジェクタ６は、本構成例においては、十個の噴孔を有しており、噴孔は、周方向に等角度に配置されている。

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に燃料を送る。燃料ポンプ６５は、この構成例においては、クランクシャフト１５によって駆動されるプランジャー式のポンプである。コモンレール６４は、燃料ポンプ６５から送られた燃料を、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の噴口から燃焼室１７の中に噴射される。燃料供給システム６１は、３０ＭＰａ以上の高い圧力の燃料を、インジェクタ６に供給することが可能である。インジェクタ６に供給する燃料の圧力は、エンジン１の運転状態に応じて変更してもよい。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、シリンダ１１毎に、点火プラグ２５が取り付けられている。点火プラグ２５は、燃焼室１７の中の混合気に強制的に点火をする。点火プラグ２５は、この構成例では、シリンダ１１の中心軸Ｘ１よりも吸気側に配設されている。点火プラグ２５は、２つの吸気ポート１８の間に位置している。点火プラグ２５は、上方から下方に向かって、燃焼室１７の中央に近づく方向に傾いて、シリンダヘッド１３に取り付けられている。点火プラグ２５の電極は、図２に示すように、燃焼室１７の中に臨んでかつ、燃焼室１７の天井面の付近に位置している。尚、点火プラグ２５を、シリンダ１１の中心軸Ｘ１よりも排気側に配置してもよい。また、点火プラグ２５をシリンダ１１の中心軸Ｘ１上に配置してもよい。

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、各シリンダ１１の吸気ポート１８に連通している。燃焼室１７に導入するガスは、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、新気を濾過する。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、シリンダ１１毎に分岐する独立通路を構成している。独立通路の下流端が、各シリンダ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、燃焼室１７の中への新気の導入量を調節する。

吸気通路４０にはまた、スロットル弁４３の下流に、過給機４４が配設されている。過給機４４は、燃焼室１７に導入するガスを過給する。この構成例において、過給機４４は、エンジン１によって駆動される機械式の過給機である。機械式の過給機４４は、ルーツ式、リショルム式、ベーン式、又は遠心式であってもよい。

過給機４４とエンジン１との間には、電磁クラッチ４５が介設している。電磁クラッチ４５は、過給機４４とエンジン１との間で、エンジン１から過給機４４へ駆動力を伝達したり、駆動力の伝達を遮断したりする。後述するように、ＥＣＵ１０が電磁クラッチ４５の接続及び遮断を切り替えることによって、過給機４４はオンとオフとが切り替わる。

吸気通路４０における過給機４４の下流には、インタークーラー４６が配設されている。インタークーラー４６は、過給機４４において圧縮されたガスを冷却する。インタークーラー４６は、例えば水冷式又は油冷式に構成してもよい。

吸気通路４０には、バイパス通路４７が接続されている。バイパス通路４７は、過給機４４及びインタークーラー４６をバイパスするよう、吸気通路４０における過給機４４の上流部とインタークーラー４６の下流部とを互いに接続する。バイパス通路４７には、エアバイパス弁４８が配設されている。エアバイパス弁４８は、バイパス通路４７を流れるガスの流量を調節する。

ＥＣＵ１０は、過給機４４をオフにしたとき（つまり、電磁クラッチ４５を遮断したとき）に、エアバイパス弁４８を全開にする。吸気通路４０を流れるガスは、過給機４４をバイパスして、エンジン１の燃焼室１７に導入される。エンジン１は、非過給、つまり自然吸気の状態で運転する。

過給機４４をオンにすると、エンジン１は過給状態で運転する。ＥＣＵ１０は、過給機４４をオンにしたとき（つまり、電磁クラッチ４５を接続したとき）に、エアバイパス弁４８の開度を調節する。過給機４４を通過したガスの一部は、バイパス通路４７を通って過給機４４の上流に逆流する。ＥＣＵ１０がエアバイパス弁４８の開度を調節すると、燃焼室１７に導入するガスの過給圧が変わる。尚、過給時とは、サージタンク４２内の圧力が大気圧を超える時をいい、非過給時とは、サージタンク４２内の圧力が大気圧以下になる時をいう、と定義してもよい。

この構成例においては、過給機４４とバイパス通路４７とエアバイパス弁４８とによって、過給システム４９が構成されている。

エンジン１は、燃焼室１７内に、スワール流を発生させるスワール発生部を有している。スワール流は、図２に白抜きの矢印で示すように流れる。スワール発生部は、吸気通路４０に取り付けられたスワールコントロール弁５６を有している。スワールコントロール弁５６は、詳細な図示は省略するが、二つの吸気ポート１８のうちの一方の吸気ポート１８につながるプライマリ通路と、他方の吸気ポート１８につながるセカンダリ通路との内の、セカンダリ通路に配設されている。スワールコントロール弁５６は、セカンダリ通路の断面を絞ることができる開度調節弁である。スワールコントロール弁５６の開度が小さいと、一方の吸気ポート１８から燃焼室１７に入る吸気流量が相対的に多くかつ、他方の吸気ポート１８から燃焼室１７に入る吸気流量が相対的に少ないから、燃焼室１７内のスワール流が強くなる。スワールコントロール弁５６の開度が大きいと、二つの吸気ポート１８のそれぞれから燃焼室１７に入る吸気流量が略均等になるから、燃焼室１７内のスワール流が弱くなる。スワールコントロール弁５６を全開にすると、スワール流が発生しない。

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、各シリンダ１１の排気ポート１９に連通している。排気通路５０は、燃焼室１７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、シリンダ１１毎に分岐する独立通路を構成している。独立通路の上流端が、各シリンダ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、図示は省略するが、エンジンルーム内に配設されている。上流の触媒コンバーターは、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、エンジンルーム外に配設されている。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、外部ＥＧＲシステムを構成する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における過給機４４の上流部に接続されている。ＥＧＲ通路５２を流れるＥＧＲガスは、バイパス通路４７のエアバイパス弁４８を通らずに、吸気通路４０における過給機４４の上流部に入る。

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の開度を調節することによって、冷却した排気ガス、つまり外部ＥＧＲガスの還流量を調節することができる。

この構成例において、ＥＧＲシステム５５は、外部ＥＧＲシステムと、内部ＥＧＲシステムとによって構成されている。外部ＥＧＲシステムは、内部ＥＧＲシステムよりも低温の排気ガスを、燃焼室１７に供給することができる。

図１及び図３において、符号５７は、クランクシャフト１５に連結されたオルタネータ５７である。オルタネータ５７は、エンジン１によって駆動される。

内燃機関の制御装置は、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って、図３に示すように、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入出力バス１０３と、を備えている。ＥＣＵ１０は、制御部の一例である。

ＥＣＵ１０には、図１及び図３に示すように、各種のセンサＳＷ１～ＳＷ１７が接続されている。センサＳＷ１～ＳＷ１７は、信号をＥＣＵ１０に出力する。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を流れる新気の流量を計測する
第１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を流れる新気の温度を計測する
第１圧力センサＳＷ３：吸気通路４０におけるＥＧＲ通路５２の接続位置よりも下流でかつ、過給機４４の上流に配置されかつ、過給機４４に流入するガスの圧力を計測する
第２吸気温度センサＳＷ４：吸気通路４０における過給機４４の下流でかつ、バイパス通路４７の接続位置よりも上流に配置されかつ、過給機４４から流出したガスの温度を計測する
第２圧力センサＳＷ５：サージタンク４２に取り付けられかつ、過給機４４の下流のガスの圧力を計測する
筒内圧センサＳＷ６：各シリンダ１１に対応してシリンダヘッド１３に取り付けられかつ、各燃焼室１７内の圧力を計測する
ＮＯｘセンサＳＷ７：排気通路５０における三元触媒５１３の下流に配置されかつ、三元触媒５１３を通過した排気ガス中のＮＯｘ濃度を計測する
リニアＯ_２センサＳＷ８：排気通路５０における上流の触媒コンバーターよりも上流に配置されかつ、排気ガス中の酸素濃度を計測する
ラムダＯ_２センサＳＷ９：上流の触媒コンバーターにおける三元触媒５１１の下流に配置されかつ、排気ガス中の酸素濃度を計測する
水温センサＳＷ１０：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ＳＷ１１：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ＳＷ１２：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ＳＷ１３：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ＳＷ１４：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
ＥＧＲ差圧センサＳＷ１５：ＥＧＲ通路５２に配置されかつ、ＥＧＲ弁５４の上流及び下流の差圧を計測する
燃圧センサＳＷ１６：燃料供給システム６１のコモンレール６４に取り付けられかつ、インジェクタ６に供給する燃料の圧力を計測する
第３吸気温度センサＳＷ１７：サージタンク４２に取り付けられかつ、サージタンク４２内のガスの温度、換言すると燃焼室１７に導入される吸気の温度を計測する。

ＥＣＵ１０は、これらのセンサＳＷ１～ＳＷ１７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。

ＥＣＵ１００は、演算をした制御量に係る電気信号を、インジェクタ６、点火プラグ２５、吸気電動Ｓ－ＶＴ２３、排気電動Ｓ－ＶＴ２４、燃料供給システム６１、スロットル弁４３、ＥＧＲ弁５４、過給機４４の電磁クラッチ４５、エアバイパス弁４８、スワールコントロール弁５６、及び、オルタネータ５７に出力する。

例えば、ＥＣＵ１０は、アクセル開度センサＳＷ１２の信号とマップとに基づいて、エンジン１の目標トルクを設定すると共に、目標過給圧を決定する。そして、ＥＣＵ１０は、目標過給圧と、第１圧力センサＳＷ３及び第２圧力センサＳＷ５の信号から得られる過給機４４の前後差圧とに基づいて、エアバイパス弁４８の開度を調節するフィードバック制御を行うことにより、過給圧が目標過給圧となるようにする。

また、ＥＣＵ１０は、エンジン１の運転状態とマップとに基づいて目標ＥＧＲ率を設定する。ＥＧＲ率は、燃焼室１７の中の全ガスに対するＥＧＲガスの比である。ＥＣＵ１０は、目標ＥＧＲ率とアクセル開度センサＳＷ１２の信号に基づく吸入空気量とに基づき目標ＥＧＲガス量を決定すると共に、ＥＧＲ差圧センサＳＷ１５の信号から得られるＥＧＲ弁５４の前後差圧に基づいてＥＧＲ弁５４の開度を調節するフィードバック制御を行うことにより、燃焼室１７の中に導入する外部ＥＧＲガス量が目標ＥＧＲガス量となるようにする。

さらに、ＥＣＵ１０は、所定の制御条件が成立している場合に空燃比フィードバック制御を実行する。具体的にＥＣＵ１０は、リニアＯ_２センサＳＷ８、及び、ラムダＯ_２センサＳＷ９が計測した排気中の酸素濃度に基づいて、混合気の空燃比が所望の値となるように、インジェクタ６の燃料噴射量を調節する。

尚、その他のＥＣＵ１０によるエンジン１の制御の詳細は、後述する。

（ＳＰＣＣＩ燃焼のコンセプト）
エンジン１は、燃費の向上及び排出ガス性能の向上を主目的として、所定の運転状態にある場合に圧縮自己着火による燃焼を行う。自己着火による燃焼は、圧縮開始前の燃焼室１７の中の温度がばらつくと、自己着火のタイミングが大きく変化する。そこで、エンジン１は、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせたＳＰＣＣＩ燃焼を行う。

ＳＰＣＣＩ燃焼は、点火プラグ２５が、燃焼室１７の中の混合気に強制的に点火をすることによって、混合気が火炎伝播によりＳＩ燃焼をすると共に、ＳＩ燃焼の発熱により燃焼室１７の中の温度が高くなりかつ、火炎伝播により燃焼室１７の中の圧力が上昇することによって、未燃混合気が自己着火によるＣＩ燃焼をする形態である。

ＳＩ燃焼の発熱量を調節することによって、圧縮開始前の燃焼室１７の中の温度のばらつきを吸収することができる。ＥＣＵ１０が点火時期を調節することによって、混合気を目標のタイミングで自己着火させることができる。

ＳＰＣＣＩ燃焼において、ＳＩ燃焼時の熱発生は、ＣＩ燃焼時の熱発生よりも穏やかである。図４は、ＳＰＣＣＩ燃焼における熱発生率の波形８０１を例示している。ＳＰＣＣＩ燃焼における熱発生率の波形８０１は、立ち上がりの傾きが、ＣＩ燃焼の波形における立ち上がりの傾きよりも小さくなる。また、燃焼室１７の中における圧力変動（ｄｐ／ｄθ）も、ＳＩ燃焼時は、ＣＩ燃焼時よりも穏やかになる。

ＳＩ燃焼の開始後、未燃混合気が自己着火すると、自己着火のタイミングで、熱発生率の波形の傾きが、小から大へと変化する場合がある。熱発生率の波形は、ＣＩ燃焼が開始するタイミングθｃｉで、変曲点Ｘを有する場合がある。

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。しかし、ＣＩ燃焼は、圧縮上死点後に行われるため、熱発生率の波形の傾きが大きくなりすぎることが回避される。ＣＩ燃焼時の圧力変動（ｄｐ／ｄθ）も、比較的穏やかになる。

圧力変動（ｄｐ／ｄθ）は、燃焼騒音を表す指標として用いることができる。前述の通りＳＰＣＣＩ燃焼は、圧力変動（ｄｐ／ｄθ）を小さくすることができるため、燃焼騒音が大きくなりすぎることを回避することが可能になる。エンジン１の燃焼騒音は、許容レベル以下に抑えられる。

ＣＩ燃焼が終了することによって、ＳＰＣＣＩ燃焼が終了する。ＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼に比べて、燃焼期間が短い。ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼よりも、燃焼終了時期が早まる。

ＳＰＣＣＩ燃焼の熱発生率波形は、ＳＩ燃焼によって形成された第１熱発生率部Ｑ_ＳＩと、ＣＩ燃焼によって形成された第２熱発生部Ｑ_ＣＩと、が、この順番に連続するように形成されている。

（エンジンの運転領域）
図５は、エンジン１の制御に係る運転マップを例示している。運転マップは、ＥＣＵ１０のメモリ１０２に記憶されている。図５に例示する運転マップ５０１は、エンジン１の半暖機時の運転マップであり、５０２は、エンジン１の温間時の運転マップである。ＥＣＵ１０は、燃焼室１７の壁温及び吸気の温度それぞれの高低に応じて運転マップ５０１又は運転マップ５０２を選択する。ＥＣＵ１０は、選択した運転マップを用いてエンジン１を制御する。

各運転マップ５０１、５０２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。運転マップ５０１は、回転数の高低に対し二つの領域に分かれる。具体的に運転マップ５０１は、回転数Ｎ３以上である高回転の領域Ａ１と、低回転及び中回転の領域に広がる領域Ａ２とに分かれる。運転マップ５０２は、三つの領域に分かれる。具体的に運転マップ５０２は、前述した高回転の領域Ａ１と、低回転及び中回転の領域Ａ２と、領域Ａ２内における、Ｎ１からＮ２の所定回転数範囲でかつ、Ｌ１からＬ２の所定負荷範囲の領域Ａ３とに分かれる。

ここで、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場合の、低回転領域、中回転領域、及び、高回転領域としてもよい。

図５の運転マップ５０１、５０２は、各領域における混合気の状態及び燃焼形態を示している。エンジン１は、領域Ａ１においてＳＩ燃焼を行う。エンジン１はまた、領域Ａ２及びＡ３においてＳＰＣＣＩ燃焼を行う。以下、図５の運転マップ５０１、５０２の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。

（領域Ａ３におけるエンジンの運転）
エンジン１が領域Ａ３において運転している場合に、エンジン１は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う。

エンジン１の燃費性能を向上させるために、ＥＧＲシステム５５は、燃焼室１７の中にＥＧＲガスを導入する。具体的に、吸気電動Ｓ－ＶＴ２３及び排気電動Ｓ－ＶＴ２４は、排気上死点付近において、吸気弁２１及び排気弁２２の両方を開弁するポジティブオーバーラップ期間を設ける。

混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、燃焼室１７の全体において理論空燃比よりもリーンである（つまり、空気過剰率λ＞１）。より詳細に、燃焼室１７の全体において混合気のＡ／Ｆは２５以上３１以下である。こうすることで、ＲａｗＮＯｘの発生を抑制することができ、排出ガス性能を向上させることができる。スロットル弁４３は、全開である。

インジェクタ６が燃料噴射を終了した後、点火プラグ２５は、燃焼室１７の混合気に点火をする。領域Ａ３でエンジン１は、リーン燃焼運転を行う。

（領域Ａ２におけるエンジンの運転）
エンジン１が領域Ａ２において運転している場合に、エンジン１は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う。

ＥＧＲシステム５５は、燃焼室１７の中にＥＧＲガスを導入する。具体的に、吸気電動Ｓ－ＶＴ２３及び排気電動Ｓ－ＶＴ２４は、排気上死点付近において、吸気弁２１及び排気弁２２の両方を開弁するポジティブオーバーラップ期間を設ける。内部ＥＧＲガスが、燃焼室１７の中に導入される。また、ＥＧＲシステム５５は、領域Ａ２の少なくとも一部の領域において、ＥＧＲクーラー５３によって冷却した排気ガスを、ＥＧＲ通路５２を通じて燃焼室１７の中に導入する。つまり、内部ＥＧＲガスに比べて温度が低い外部ＥＧＲガスが、燃焼室１７の中に導入される。外部ＥＧＲガスは、燃焼室１７の中の温度を、適切な温度に調節する。ＥＧＲシステム５５は、エンジン１の負荷が高まるに従いＥＧＲガスの量を減らす。ＥＧＲシステム５５は、全開負荷において、内部ＥＧＲガス及び外部ＥＧＲガスを含むＥＧＲガスを、ゼロにしてもよい。

混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、燃焼室１７の全体において理論空燃比（Ａ／Ｆ≒１４．７）である。三元触媒５１１、５１３が、燃焼室１７から排出された排出ガスを浄化することによって、エンジン１の排出ガス性能は良好になる。混合気のＡ／Ｆは、三元触媒の浄化ウインドウの中に収まるようにすればよい。混合気の空気過剰率λは、１．０±０．２としてもよい。尚、エンジン１が、全開負荷（つまり、最高負荷）において運転している場合には、混合気のＡ／Ｆは、燃焼室１７の全体において理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチにしてもよい（つまり、混合気の空気過剰率λは、λ≦１）。スロットル弁４３は、全開又は中間開度に調節される。

燃焼室１７内にＥＧＲガスを導入しているため、燃焼室１７の中の全ガスと燃料との重量比であるＧ／Ｆは理論空燃比よりもリーンになる。混合気のＧ／Ｆは１８以上にしてもよい。こうすることで、いわゆるノッキングの発生を抑制することができる。Ｇ／Ｆは１８以上３０以下において設定してもよい。また、Ｇ／Ｆは１８以上５０以下において設定してもよい。

点火プラグ２５は、インジェクタ６が燃料の噴射を行った後、圧縮上死点付近の所定のタイミングで混合気に点火をする。領域Ａ２においてエンジン１は、ストイキ燃焼運転を行う。

（領域Ａ１におけるエンジンの運転）
エンジン１の回転数が高いと、クランク角が１°変化するのに要する時間が短くなる。エンジン１の回転数が高くなると、ＳＰＣＣＩ燃焼を行うことが困難になる。

そこで、エンジン１が領域Ａ１において運転している場合に、エンジン１は、ＳＰＣＣＩ燃焼ではなく、ＳＩ燃焼を行う。

ＥＧＲシステム５５は、燃焼室１７の中にＥＧＲガスを導入する。ＥＧＲシステム５５は、負荷が高まるに従いＥＧＲガスの量を減らす。ＥＧＲシステム５５は、全開負荷では、ＥＧＲガスをゼロにしてもよい。

混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、基本的には、燃焼室１７の全体において理論空燃比（Ａ／Ｆ≒１４．７）である。混合気の空気過剰率λは、１．０±０．２とすればよい。尚、エンジン１が全開負荷の付近において運転している場合には、混合気の空気過剰率λは１未満であってもよい。スロットル弁４３は、全開又は中間開度に調節される。

点火プラグ２５は、インジェクタ６が燃料の噴射を終了した後、圧縮上死点付近の適宜のタイミングで、混合気に点火を行う。

（エンジンの点火制御）
ＳＰＣＣＩ燃焼において、点火時期から自己着火を開始するまでの期間は、筒内状態量に応じて変化する。ＳＰＣＣＩ燃焼は、点火時期が同じであっても筒内の平均圧力が異なることで、発生するトルクが変化する場合がある。ＳＰＣＣＩ燃焼は、点火時期とトルクとの相関が相対的に低い。

これに対し、図６の上図６０１は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行うときの、ｍｆｂ５０とエンジン１の熱効率（換言すれば、エンジン１のトルク）との関係を示している。ここでの熱効率は、１サイクルにおける筒内平均圧力を燃料噴射量で割った値としている。ｍｆｂ５０は、総噴射量の５０％の燃料が燃焼するクランク角度を意味する。つまり、ｍｆｂ５０は、質量燃焼割合が所定値となる特定クランク角度に相当する。上図６０１の右に進むほどｍｆｂ５０がリタードし、左に進むほどｍｆｂ５０がアドバンスする。上図６０１からわかるように、ｍｆｂ５０が所定値のときに、トルクが最大になり、ｍｆｂ５０がリタードするほど、トルクは次第に低下する。以下の説明では、便宜上、上図６０１の曲線を、トルクカーブ６０３と呼ぶ。

トルクカーブは、筒内状態量に応じて変化する。上図６０１の点線で示すトルクカーブ６０４は、実線で示すトルクカーブ６０３よりも、混合気のＥＧＲ率が高い場合のトルクカーブの一例である。混合気のＥＧＲ率が高いと、ｍｆｂ５０が同じであってもトルクが低下する。

ＳＰＣＣＩ燃焼では、ｍｆｂ５０とトルクとの相関が高い。そこで、ＥＣＵ１０は、ｍｆｂ５０を指標として点火時期を調節するよう構成されている。ＥＣＵ１０は、エンジン１の運転状態に応じてｍｆｂ５０の目標値を定め、目標の点火時期を、ｍｆｂ５０の目標値に基づいて設定する。つまり、ＥＣＵ１０は、ｍｆｂ５０の目標値を満足するようなタイミングで、点火プラグ２５が強制点火をするように目標の点火時期を定める。

図６の下図６０２は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行うときの、ｍｆｂ５０と燃焼期間との関係を示している。ここでの燃焼期間は、ｍｆｂ１０からｍｆｂ５０までのクランク角期間を意味している。下図６０２に実線６０５で示すように、ｍｆｂ５０がリタードするほど、燃焼期間は長くなる。また、下図６０２に破線６０６で示すように、混合気のＥＧＲ率が高い場合には、低い場合よりも燃焼期間が長くなる。

下図６０２の一点鎖線は、ＳＰＣＣＩ燃焼の燃焼期間の変動幅を例示している。つまり、同一の条件でＳＰＣＣＩ燃焼を行っても、燃焼期間の長さには、ばらつきが発生する。燃焼期間の変動幅は、燃焼期間が長くなるほど大きくなる。燃焼期間がばらつくため、ｍｆｂ５０も、ばらつく。

上図６０１に例示するように、ｍｆｂ５０のばらつきは、正規分布又はほぼ正規分布となる。ＳＰＣＣＩ燃焼のｍｆｂ５０が、ばらつくことによって、エンジン１のトルクも変動することになる。

ｍｆｂ５０のばらつき度合い、つまりＳＰＣＣＩ燃焼の燃焼変動の大きさは、ＳＤＩとＬＮＶとの２つの指標によって表すことができる。ＳＤＩは、筒内圧力の平均値からのばらつきの大きさを表した値であり、標準偏差に相当する。

ＬＮＶは、１サイクルの筒内平均圧力Ｐｍｉの最小値が、平均値からどれだけ離れているかを表した値である。

燃焼変動の指標ＳＤＩとＬＮＶとトルクカーブとから、エンジン１の運転点毎に、ｍｆｂ５０の遅角限界を定めることができる。遅角限界は、ｍｆｂ５０が当該遅角限界よりもリタードすると、燃焼が不安定になってトルクの変動が大きくかつ、失火に至る恐れがある、最もリタード側のクランク角度と定義することができる。

ＥＣＵ１０は、ｍｆｂ５０の目標値を定める際に、遅角限界を考慮する。具体的にＥＣＵ１０は、ｍｆｂ５０が遅角限界を超えないよう、ｍｆｂ５０の目標値を遅角限界よりも進角した値に定める。

エンジン１の負荷及び回転数から定まる運転点毎に遅角限界を定めるために、ＥＣＵ１０のメモリ１０２は、運転点毎に、ｍｆｂ５０のばらつき度合いの情報を記憶している。

本願発明者等の検討によると、ｍｆｂ５０のばらつき度合いは、個体差があると共に、経年によって変化をすることがわかった。前述したように、遅角限界を、ｍｆｂ５０のばらつき度合いに関係するＳＤＩ及びＬＮＶにより定めるため、ｍｆｂ５０のばらつき度合いを正確に把握することが、ＳＰＣＣＩ燃焼を実行するエンジン１の点火時期の制御に重要である。

そこで、このエンジン１のＥＣＵ１０は、目標の点火時期を設定する際に必要となる、ｍｆｂ５０のばらつき度合いを、随時更新して記憶するよう構成されている。

図７は、点火時期の設定に関する制御を実行するＥＣＵ１０の機能ブロックを例示している。ＥＣＵ１０は、遅角限界設定部１０４と、目標ｍｆｂ５０設定部１０５と、点火調節部１０６と、ｍｆｂ５０推定部１０７と、ｍｆｂ５０計測部１０８と、更新部１０９とを有している。遅角限界設定部１０４、目標ｍｆｂ５０設定部１０５、及び点火調節部１０６は、点火時期の調節に関係する。ｍｆｂ５０推定部１０７、ｍｆｂ５０計測部１０８、及び更新部１０９は、ｍｆｂ５０のばらつき度合いの更新に関係する。

遅角限界設定部１０４は、前述したように、ｍｆｂ５０のばらつき度合いに関係するＳＤＩ及びＬＮＶと、図６に例示する、筒内状態量に対応したトルクカーブとにより遅角限界を設定する。

目標ｍｆｂ５０設定部１０５は、前述したように、遅角限界設定部１０４が設定した遅角限界に基づいて、ｍｆｂ５０が遅角限界を超えないよう、ｍｆｂ５０の目標値を定める。より詳細に、目標ｍｆｂ５０設定部１０５は、トルクダウン要求があった場合に、遅角限界に基づいてｍｆｂ５０の目標値を定める。トルクダウン要求は、例えば自動変速機を搭載した自動車では、自動変速機のシフトアップ時に、エンジン１に対しトルクを低下させる要求である。また、トルクダウン要求は、運転者がアクセル開度をゼロにした場合に、エンジン１のトルクを低下させる要求である。さらに、トルクダウン要求は、運転者のステアリング操作等に反応し、自動車の走行安定性のために、自動車に作用する加速度を変化させるべくエンジン１のトルクを低下させる要求である。

トルクダウン要求があった場合に、ｍｆｂ５０を遅角させることによって、エンジン１のトルクを速やかに低下させることが可能になる。これは特に、エンジン１が領域Ａ３で運転していてスロットル弁４３を全開にしている場合に有効である。つまり、ｍｆｂ５０が遅角するように点火時期を遅角することは、スロットル弁４３の開度調節によって空気量を減らしてトルクを低下させるよりも迅速に、トルクを下げることができる。

具体的に目標ｍｆｂ５０設定部１０５は、ｍｆｂ５０の標準偏差σと、遅角限界とに基づいて、遅角限界がｍｆｂ５０の３σとなるように、ｍｆｂ５０の目標値を定める（図６の上図６０１の、遅角限界及び目標ｍｆｂ５０参照）。

ここで、図６の上図６０１に示すように、燃焼室１７内のＥＧＲ率が高い場合は、低い場合よりもｍｆｂ５０の目標値が進角する。これは、ＥＧＲ率が高い場合は、低い場合よりも遅角限界が進角すると共に、ｍｆｂ５０のばらつきが大きくなるためである。

目標ｍｆｂ５０設定部１０５は、トルクダウン要求が無い場合は、エンジン１の運転状態に応じて設定される目標トルクに応じて、当該目標トルクを実現することができるように、ｍｆｂ５０の目標値を定める。

点火調節部１０６は、目標ｍｆｂ５０設定部１０５が設定したｍｆｂ５０の目標値に基づいて、当該目標値を満足するようなタイミングで点火プラグ２５に強制点火をさせる。これにより、燃焼室１７内の混合気のＳＰＣＣＩ燃焼又はＳＩ燃焼する。

ｍｆｂ５０推定部１０７は、燃焼時の筒内状態量と予め設定したモデルとに基づいて、ｍｆｂ５０を推定する。モデルは、図６の下図６０２に示す実線６０５又は破線６０６で表される。モデルは、メモリ１０２に記憶されている。つまり、ｍｆｂ５０推定部１０７は、筒内状態量に基づいて燃焼期間を推定すると共に、推定した燃焼期間とモデル（実線６０５、破線６０６等）とから、ｍｆｂ５０を推定する。ｍｆｂ５０推定部１０７は、ｍｆｂ５０の推定の際にベイズ推定を利用してもよい。エンジン１の運転状態は刻一刻と変化し、同じ運転状態が継続することは少ないが、ベイズ推定を利用すれば、少ないサンプル数からｍｆｂ５０を精度良く推定することができる。

ｍｆｂ５０計測部１０８は、燃焼時に筒内圧センサＳＷ６が出力した信号に基づき、１サイクルにおける筒内圧力の変化に基づいて、実際のｍｆｂ５０を計測する。

更新部１０９は、ｍｆｂ５０推定部１０７が推定したｍｆｂ５０の推定値と、ｍｆｂ５０計測部１０８が計測したｍｆｂ５０の計測値との比較し、ｍｆｂ５０のばらつき度合い（例えば標準偏差）を更新する。更新したｍｆｂ５０のばらつき度合いの情報は、メモリ１０２に記憶される。

ｍｆｂ５０のばらつき度合いを随時更新することによって、ＥＣＵ１０は、ｍｆｂ５０のばらつき度合いの正確な情報に基づいて、遅角限界を定めることができる。そして、ＥＣＵ１０は、その遅角限界とｍｆｂ５０のばらつき度合いとに基づいて、ｍｆｂ５０の目標値を定めることができる。トルクダウン要求時に点火時期を大きく遅角させる場合であっても、燃焼が不安定になることを回避しながら、トルクを低下させることができる。これにより、エンジン１は、排出ガスの性状が悪化したり、燃費が悪化したりすることを抑制することができる。

次に、図８のフローチャートを参照しながら、ＥＣＵ１０が実行するエンジン１の制御について説明する。図８のフローチャートは、エンジン１の点火制御に係る。尚、図８のフローチャートにおける各ステップの順番は入れ替えることも可能である。このフローチャートのステップＳ２～Ｓ５は、ｍｆｂ５０のばらつき度合いの更新に関するステップであり、ステップＳ６～Ｓ１０は、点火時期の調節に関するステップである。

ステップＳ１において、ＥＣＵ１０は、各センサＳＷ１～ＳＷ１７の信号を読み込む。続くステップＳ２において、ＥＣＵ１０のｍｆｂ５０推定部１０７は、前述したように、筒内状態量と、メモリ１０２に記憶しているモデル（図６の下図６０２参照）とによって、ｍｆｂ５０を推定する。次のステップＳ３において、ＥＣＵ１０のｍｆｂ５０計測部１０８は、筒内圧センサＳＷ６の信号に基づいてｍｆｂ５０を計測する。

ステップＳ４において、ＥＣＵ１０の更新部１０９は、ステップＳ２で推定したｍｆｂ５０の推定値と、ステップＳ３で計測したｍｆｂ５０の計測値とに基づいて、ｍｆｂ５０の標準偏差を更新し、メモリ１０２に記憶させる。

また、遅角限界設定部１０４は、ステップＳ５において、更新されたｍｆｂ５０の標準偏差に基づいて遅角限界を設定（又は更新）する。

ステップＳ６においてＥＣＵ１０の目標ｍｆｂ５０設定部１０５は、トルクダウン要求があるか否かを判断する。トルクダウン要求がある場合、プロセスはステップＳ７に進み、トルクダウン要求が無い場合、プロセスはステップＳ８に進む。

ステップＳ７において目標ｍｆｂ５０設定部は、ステップＳ５で設定した遅角限界に基づいて、ｍｆｂ５０が遅角限界を超えないようｍｆｂ５０の目標値を設定する（図６の上図６０１参照）。ステップＳ７において設定されるｍｆｂ５０の目標値は、相対的に遅角側である。一方、ステップＳ８において目標ｍｆｂ５０設定部は、エンジン１の運転状態に基づき設定した目標トルクに応じてｍｆｂ５０の目標値を設定する。ステップＳ８において設定されるｍｆｂ５０の目標値は、遅角限界に基づかないため、相対的に進角側である。

ｍｆｂ５０の目標値を設定した後、ステップＳ９においてＥＣＵ１０の点火調節部１０５は、ｍｆｂ５０の目標値を満足するように点火プラグ２５の点火時期を設定し、点火調節部１０５は、次のステップＳ１０において、設定した点火時期に、点火プラグ２５に点火を指示する信号を出力する。燃焼室１７内において、混合気がＳＰＣＣＩ燃焼又はＳＩ燃焼する。

尚、前記の構成例においてＥＣＵ１０は、ｍｆｂ５０を指標として、点火時期を設定しているが、指標はｍｆｂ５０に限らない。トルク及び燃焼期間との相関があれば、５０％以外の質量燃焼割合のクランク角度を用いてもよい。

また、ここに開示する技術は、前述した構成のエンジン１に適用することに限定されない。エンジン１の構成は、様々な構成を採用することが可能である。

１ エンジン（内燃機関）
１０ ＥＣＵ（制御部）
１０４ 遅角限界設定部
１０５ 目標ｍｆｂ５０設定部（目標値設定部）
１０６ 点火調節部
１０７ ｍｆｂ５０推定部
１０８ ｍｆｂ５０計測部
１０９ 更新部
２５ 点火プラグ（点火部）
ＳＷ６ 筒内圧センサ

Claims (6)

1. 筒内の混合気に強制点火した後、一部の未燃混合気が自己着火により燃焼する内燃機関の制御方法であって、
   制御部が、質量燃焼割合が所定値となる特定クランク角度のばらつき度合いに関係する燃焼変動の指標に基づいて、前記特定クランク角度の遅角限界を定めるステップと、
   前記制御部が、前記遅角限界に基づいて、前記遅角限界を超えないように特定クランク角度の目標値を設定するステップと、
   前記制御部が、設定した目標値を満足するようなタイミングで点火部に強制点火をさせることにより、前記筒内の混合気の一部を自己着火により燃焼させるステップと、
   前記制御部が、燃焼時の前記筒内の状態量と予め設定したモデルとに基づいて、質量燃焼割合が前記所定値となる前記特定クランク角度を推定するステップと、
   前記制御部が、燃焼時に筒内圧センサが出力した信号に基づき、質量燃焼割合が前記所定値となる前記特定クランク角度を計測するステップと、
   前記制御部が、前記推定した特定クランク角度と、前記計測した特定クランク角度との差に基づいて、前記特定クランク角度のばらつき度合いを更新するステップと、
   前記制御部が、更新したばらつき度合いに基づき、前記特定クランク角度の遅角限界を更新するステップと、
   を備えている内燃機関の制御方法。
2. 請求項１に記載の内燃機関の制御方法において、
   前記制御部が、前記内燃機関の運転状態に応じて設定した目標トルクに基づき、前記特定クランク角度の目標値を設定するステップを備え、
   前記制御部は、トルクダウン要求があった場合に、前記特定クランク角度の遅角限界に基づいて、前記特定クランク角度の目標値を設定する内燃機関の制御方法。
3. 請求項１又は２に記載の内燃機関の制御方法において、
   前記制御部は、混合気のＥＧＲ率が高い場合に、前記特定クランク角度の目標値を、ＥＧＲ率が低い場合よりも進角させる内燃機関の制御方法。
4. 筒内の混合気に強制点火した後、一部の未燃混合気が自己着火により燃焼する内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関に取り付けられた点火部と、
   前記点火部に接続されかつ、質量燃焼割合が所定値となる特定クランク角度の目標値に基づいて前記点火部に点火信号を出力する制御部と、
   前記制御部に接続されると共に、前記筒内の圧力に対応する信号を前記制御部へ出力する筒内圧センサと、を備え、
   前記制御部は、
   前記特定クランク角度のばらつき度合いに関係する燃焼変動の指標に基づいて、前記特定クランク角度の遅角限界を定める遅角限界設定部と、
   前記特定クランク角度の遅角限界に基づいて、前記遅角限界を超えないように特定クランク角度の目標値を設定する目標値設定部と、
   設定した目標値を満足するようなタイミングで前記点火部に強制点火をさせることにより、前記筒内の混合気の一部を自己着火により燃焼させる点火調節部と、
   燃焼時の前記筒内の状態量と予め設定したモデルとに基づいて、質量燃焼割合が前記所定値となる前記特定クランク角度を推定する推定部と、
   燃焼時に筒内圧センサが出力した信号に基づき、質量燃焼割合が前記所定値となる前記特定クランク角度を計測する計測部と、
   前記推定した特定クランク角度と、前記計測した特定クランク角度との差に基づいて、前記特定クランク角度のばらつき度合いを更新する更新部と、を有し、
   前記遅角限界設定部は、更新したばらつき度合いに基づき、前記特定クランク角度の遅角限界を更新する内燃機関の制御装置。
5. 請求項４に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記目標値設定部は、前記内燃機関の運転状態に応じて設定した目標トルクに基づき、前記特定クランク角度の目標値を設定し、
   前記制御部は、トルクダウン要求があった場合に、前記特定クランク角度の遅角限界に基づいて、前記特定クランク角度の目標値を設定する内燃機関の制御装置。
6. 請求項４又は５に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記目標値設定部は、前記筒内の混合気のＥＧＲ率が高い場合に、前記特定クランク角度の目標値を、ＥＧＲ率が低い場合よりも進角させる内燃機関の制御装置。

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