JP7251451B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

ここに開示する技術は、エンジンの制御装置に関する。

特許文献１には、ノッキング回避制御を行うエンジンの制御装置が記載されている。この制御装置は、第１燃料噴射時期及び第１点火時期を定めた第１制御セットと、第２燃料噴射時期及び第２点火時期を定めた第２制御セットと、を設定している。第１制御セットは、高オクタン価燃料に適合した燃料噴射時期及び点火時期であり、第２制御セットは、低オクタン価燃料に適合した燃料噴射時期及び点火時期である。特許文献１に記載された制御装置は、ノッキングセンサがノッキングの発生を検知した場合、低オクタン価燃料が使用されていると推定して、第２制御セットにより燃料の噴射及び点火を行う。これにより、特許文献１に記載された制御装置は、ノッキングの発生を回避する。

特開２０１４－１０５６６２号公報

特許文献１に記載されているエンジンの制御装置は、ノッキングセンサの検知に基づいて、燃料のオクタン価を間接的に判定している。特許文献１に記載されている制御装置は、ノッキングが発生しないと、燃料のオクタン価を判定できない。

エンジンの負荷が低いと、ノッキングは発生しにくい。特許文献１に記載されている制御装置は、例えばエンジンが低負荷での運転を継続すると、燃料のオクタン価を、速やかに判定できない。

ここに開示する技術は、オクタン価の判定を速やかに行う。

本願出願人は、いわゆるＳＰＣＣＩ（SPark Controlled Compression Ignition）燃焼を提案している。ＳＰＣＣＩ燃焼は、点火プラグが燃焼室の中の混合気に強制的に点火を行って火炎伝播を伴う燃焼を開始させると共に、その燃焼による発熱及び／又は圧力上昇によって、未燃混合気が自己着火により燃焼する形態である。尚、以下において、ＳＰＣＣＩ燃焼を部分自己着火燃焼と呼ぶ場合がある。

本願発明者らは、ＳＰＣＣＩ燃焼において、未燃混合気が自己着火をする時の燃焼室の中の圧力と燃料のオクタン価との間に相関があることに気づいた。つまり、燃料のオクタン価が低いと、混合気は自己着火しやすいため、混合気が自己着火する時の燃焼室の中の圧力は相対的に低く、燃料のオクタン価が高いと、混合気は自己着火しにくいため、混合気が自己着火する時の燃焼室の中の圧力は相対的に高い。

ＳＰＣＣＩ燃焼を実行するエンジンの制御装置は、混合気が過早着火しないよう、エンジンの運転状態毎に、充填効率の上限を定めている。より詳細に、燃焼室の中に導入したガスがモータリングによって圧縮された時に、燃焼室内の圧力が点火前に自己着火圧力を超えてしまって、混合気が自己着火しないよう、充填効率の上限が定められている。充填効率の上限は、特定オクタン価の燃料を使用している条件において定めることができる。

本願発明者らは、混合気の過早着火が抑制されるよう予め定めた充填効率の上限値と、ＳＰＣＣＩ燃焼を行っているエンジンにおいて、未燃混合気が自己着火する時の燃焼室内の圧力と、を比較することによって、使用している燃料のオクタン価を判断する手法を完成させた。

具体的に、ここに開示する技術は、エンジンの制御装置に関する。この制御装置は、
燃焼室を形成するシリンダを有するエンジンと、
前記燃焼室の中に燃料を供給する燃料供給部と、
前記エンジンの燃焼室に臨んで配設されかつ、点火信号に基づいて前記燃焼室内の混合気に点火をする点火部と、
前記エンジンの運転に関係するパラメータの計測信号を出力する計測部と、
前記計測部の計測信号を受けて演算を行うと共に、当該演算結果に基づく点火信号を、前記点火部に出力する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記点火部の点火によって一部の混合気が火炎伝播を伴う燃焼を開始した後、残りの混合気が自己着火によって燃焼する部分自己着火燃焼が行われるよう、前記点火部に前記点火信号を出力し、
前記制御部は、
混合気の自己着火モデルに基づいて、前記エンジンの現在の運転状態において前記混合気が自己着火する時の、前記燃焼室内の圧力（自己着火圧力）を算出し、
特定オクタン価の燃料を使用している条件において、前記混合気の過早着火が抑制されるよう予め設定された充填効率の上限値と、前記エンジンの現在の運転状態とに基づいて、過早着火が抑制される前記燃焼室内の圧力の上限値（過早着火抑制圧力）を算出し、
前記自己着火圧力と、前記過早着火抑制圧力と、の差に基づいて、前記燃料のオクタン価を判定する。

この構成によると、点火部は、制御部からの制御信号を受けて、所定のタイミングで混合気に点火する。燃焼室内の混合気の一部は火炎伝播を伴う燃焼を開始する。火炎伝播を伴う燃焼により、燃焼室内の温度及び圧力が高まる。残りの未燃混合気は、自己着火により燃焼する。エンジンは、部分自己着火燃焼（つまり、ＳＰＣＣＩ燃焼）を行う。

制御部は、混合気の自己着火モデルに基づいて、エンジンの現在の運転状態において混合気が自己着火する時の、燃焼室内の圧力（自己着火圧力）を算出する。混合気の自己着火モデルは、例えば、アレニウスの式を基にした、燃焼室内の混合気の自己着火をモデル化した式としてもよい。自己着火圧力は、エンジンが使用している燃料による混合気が、エンジンの現在の運転状態において自己着火する時の、燃焼室内の圧力に相当する。

制御部はまた、特定オクタン価の燃料を使用している条件において、混合気の過早着火が抑制されるよう予め設定された充填効率の上限値と、エンジンの現在の運転状態とに基づいて、過早着火が抑制される前記燃焼室内の圧力の上限値（過早着火抑制圧力）を算出する。過早着火抑制圧力は、特定オクタン価の燃料による混合気が、エンジンの現在の運転状態において自己着火する時の、燃焼室内の圧力に相当する。

制御部は、算出した前記自己着火圧力と、算出した前記過早着火抑制圧力と、の差を求める。自己着火圧力と過早着火抑制圧力とが一致する場合、混合気が自己着火する時の、燃焼室内の圧力が同じである。制御部は、使用している燃料のオクタン価は、特定オクタン価であると判定できる。自己着火圧力と過早着火抑制圧力とが一致しない場合、制御部は、使用している燃料のオクタン価は、特定オクタン価と相違すると判定できる。使用している燃料のオクタン価と、特定オクタン価との差は、自己着火圧力と過早着火抑制圧力との差に対応する。制御部は、自己着火圧力と過早着火抑制圧力との差に基づいて、使用している燃料のオクタン価を判定できる。

制御部は、この判定ロジックに基づくことにより、混合気がＳＰＣＣＩ燃焼すれば、燃料のオクタン価を判定できる。制御部は、使用燃料のオクタン価を、速やかに判定できる。

前記制御部は、予め設定された充填効率の上限値と、前記計測部の計測信号に基づき算出される現在の、前記エンジンの充填効率及び前記燃焼室内の圧力とに基づいて、前記過早着火抑制圧力を算出する、としてもよい。

制御部は、予め設定された充填効率の上限値を、圧力の上限値に換算できる。

エンジンの制御装置は、前記燃焼室の中に、前記エンジンの運転状態に対応する量のＥＧＲガスを導入するＥＧＲシステムを備え、
前記制御部は、前記ＥＧＲガス分の圧力を除いた前記燃焼室内の圧力を、前記自己着火圧力としかつ、前記ＥＧＲガス分の圧力を除いた前記燃焼室内の圧力を、前記過早着火抑制圧力とする、としてもよい。

制御部は、エンジンの運転状態に応じてＥＧＲ率を変える。制御部は、ＥＧＲガス分の圧力を除いた燃焼室内の圧力を、自己着火圧力及び過早着火抑制圧力とする。制御部は、ＥＧＲガス量の影響を受けずに、使用している燃料のオクタン価を判定できる。

前記制御部は、前記エンジンの負荷が所定負荷よりも低い場合は、前記オクタン価の判定を制限する、としてもよい。

本願発明者らの検討によれば、エンジンの負荷が所定負荷よりも低い場合、換言すれば、充填効率が所定値よりも低い場合、オクタン価の判定精度が低下することがわかった。エンジンの負荷が所定負荷よりも低い場合は、オクタン価の判定を制限することによって、オクタン価の誤判定が抑制される。ここで、「オクタン価の判定の制限」は、オクタン価の判定を禁止することを含む。「オクタン価の判定の制限」は、判定したオクタン価に基づいて制御部が各デバイスの制御を行う際に、オクタン価に応じた制御量の補正度合いを小さくすることを含む。

前記制御部は、判定した前記燃料のオクタン価に対応する前記点火信号を、前記点火部に出力する、としてもよい。

こうすることで、使用燃料のオクタン価に応じた点火時期に、点火部が点火を行うことによって、ＳＰＣＣＩ燃焼が適正化する。具体的には、ＳＰＣＣＩ燃焼の時期が進角しすぎることによって燃焼騒音が大きくなってしまうことを抑制しつつ、ＳＰＣＣＩ燃焼の時期を、可能な限度で進角しているから、燃費性能を向上させることができる。

以上説明したように、前記のエンジンの制御装置は、燃料のオクタン価を、速やかに判定できる。

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、温間時のエンジンの制御マップを例示する図である。 図６は、エンジンの基本制御を例示するフローチャートである。 図７は、ＳＰＣＣＩ燃焼における、ｍｆｂ５０と燃焼騒音指標との関係を例示する図である。 図８は、点火時期の設定に係る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９は、目標ｍｆｂ５０の設定手法を説明するための図であり、上図はＳＰＣＣＩ燃焼における、ｍｆｂ５０と燃焼騒音指標との関係を例示する図、下図は、燃焼室の体積比と燃焼騒音指標との関係を例示する図である。 図１０は、図９とは異なる、目標ｍｆｂ５０の設定手法を説明するための図であり、上図はＳＰＣＣＩ燃焼における、ｍｆｂ５０と燃焼騒音指標との関係を例示する図、下図は、燃焼室の体積比と燃焼騒音指標との関係を例示する図である。 図１１の上図は、ＳＰＣＣＩ燃焼の波形を例示する図であり、下図は、熱発生の変化を例示する図である。 図１２は、筒内圧センサの計測信号を用いた、モデルの補正手順を説明する図である。 図１３は、点火に関する制御を例示するフローチャートである。 図１４は、燃料のオクタン価を判定する判定装置の構成を例示するブロック図である。 図１５は、燃料のオクタン価の判定手順を例示するフローチャートである。

以下、エンジン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、エンジン、及び、エンジンの制御装置の一例である。

図１は、圧縮着火式の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。このエンジン１は、高オクタン価燃料、及び、低オクタン価燃料の両方を使用できる。高オクタン価燃料のオクタン価は、例えば１００であり、低オクタン価燃料のオクタン価は、例えば９１である。自動車の利用者は、後述する燃料タンク６３に、高オクタン価燃料又は低オクタン価燃料を給油することができる。利用者はまた、高オクタン価燃料を貯留している燃料タンク６３に、低オクタン価燃料を注ぎ足すことができ、低オクタン価燃料を貯留している燃料タンク６３に、高オクタン価燃料を注ぎ足すこともできる。オクタン価の異なる燃料を注ぎ足すと、エンジン１の使用燃料のオクタン価は、中間のオクタン価になる。

（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（Spark Ignition）燃焼とＣＩ（Compression Ignition）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、圧縮着火式エンジンである。しかし、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。

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。内部ＥＧＲシステムは、吸気電動Ｓ－ＶＴ２３及び排気電動Ｓ－ＶＴ２４によって構成されている。尚、内部ＥＧＲシステムは、Ｓ－ＶＴによって構成されるとは限らない。

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、燃料噴射部の一例である。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。インジェクタ６及び燃料供給システム６１は、燃料供給部を構成する。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。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。排気ガス浄化システムは、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、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。

エンジンの燃焼制御装置は、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
排気温度センサＳＷ７：排気通路５０に配置されかつ、燃焼室１７から排出した排気ガスの温度を計測する
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（つまり、燃焼室１７の中の全ガスに対するＥＧＲガスの比率）を設定する。そして、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。ＳＰＣＣＩ燃焼における熱発生率の波形は、図４に例示するように、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。

ここで、ＳＰＣＣＩ燃焼の特性を示すパラメータとして、ＳＩ率を定義する。ＳＩ率は、ＳＰＣＣＩ燃焼により発生した全熱量に対し、ＳＩ燃焼により発生した熱量の割合に関係する指標と定義する。ＳＩ率は、燃焼形態の相違する二つの燃焼によって発生する熱量比率である。ＳＩ率が高いと、ＳＩ燃焼の割合が高く、ＳＩ率が低いと、ＣＩ燃焼の割合が高い。ＳＩ率は、ＣＩ燃焼により発生した熱量に対するＳＩ燃焼により発生した熱量の比率と定義してもよい。つまり、ＳＰＣＣＩ燃焼において、ＣＩ燃焼が開始するクランク角をＣＩ燃焼開始時期θｃｉとして、図４に示す波形８０１において、θｃｉよりも進角側であるＳＩ燃焼の面積Ｑ_ＳＩと、θｃｉを含む遅角側であるＣＩ燃焼の面積Ｑ_ＣＩとから、ＳＩ率＝Ｑ_ＳＩ／Ｑ_ＣＩとしてもよい。

（エンジンの運転領域）
図５は、エンジン１の制御に係るマップを例示している。マップは、ＥＣＵ１０のメモリ１０２に記憶されている。図５に例示するマップ５０４は、エンジン１の温間時のマップである。

マップ５０４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。マップ５０４は、負荷の高低及び回転数の高低に対し、大別して三つの領域に分かれる。具体的に、三つの領域は、アイドル運転を含みかつ、低回転及び中回転の領域に広がる低負荷領域Ａ１、低負荷領域Ａ１よりも負荷が高い中高負荷領域Ａ２、Ａ３、Ａ４、及び、低負荷領域Ａ１、中高負荷領域Ａ２、Ａ３、Ａ４よりも回転数の高い高回転領域Ａ５である。中高負荷領域Ａ２、Ａ３、Ａ４はまた、中負荷領域Ａ２と、中負荷領域Ａ２よりも負荷が高い高負荷中回転領域Ａ３と、高負荷中回転領域Ａ３よりも回転数の低い高負荷低回転領域Ａ４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の例では、回転数Ｎ１未満を低回転、回転数Ｎ２以上を高回転、回転数Ｎ１以上Ｎ２未満を中回転としている。回転数Ｎ１は、例えば１２００ｒｐｍ程度、回転数Ｎ２は、例えば４０００ｒｐｍ程度としてもよい。

また、低負荷領域は、軽負荷の運転状態を含む領域、高負荷領域は、全開負荷の運転状態を含む領域、中負荷は、低負荷領域と高負荷領域との間の領域としてもよい。また、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場合の、低負荷領域、中負荷領域、及び、高負荷領域としてもよい。

図５のマップ５０４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。図５のマップ５０４はまた、過給機４４の駆動領域及び非駆動領域と、を示している。エンジン１は、低負荷領域Ａ１、中負荷領域Ａ２、高負荷中回転領域Ａ３、及び、高負荷低回転領域Ａ４、において、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う。エンジン１はまた、それ以外の領域、具体的には、高回転領域Ａ５においては、ＳＩ燃焼を行う。

（各領域におけるエンジンの運転）
以下、図５のマップ５０４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。

（低負荷領域）
エンジン１が低負荷領域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。

また、スワール発生部は、燃焼室１７の中に、強いスワール流を形成する。スワールコントロール弁５６は、全閉又は閉じ側の所定の開度である。燃焼室１７内に強いスワール流を発生させると、燃焼室１７の外周部は強いスワール流れとなる一方、中央部のスワール流は相対的に弱くなる。強いスワール流が形成された燃焼室１７内にインジェクタ６が燃料を噴射することにより、燃焼室１７の中央部の混合気は燃料が相対的に濃く、外周部の混合気は燃料が相対的に薄くなって、混合気を成層化することができる。

インジェクタ６は、吸気行程中に、燃料を複数回、燃焼室１７の中に噴射する。複数回の燃料噴射と、燃焼室１７の中のスワール流とによって、混合気は成層化する。

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。

燃料噴射の終了後、圧縮上死点前の所定のタイミングで、点火プラグ２５は、燃焼室１７の中央部の混合気に点火をする。点火時期は、圧縮行程の終期としてもよい。圧縮行程の終期は、圧縮行程を、初期、中期、及び終期に三等分した場合の終期としてもよい。

（中高負荷領域）
エンジン１が中高負荷領域Ａ２～Ａ４において運転している場合も、エンジン１は、低負荷領域Ａ１と同様に、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、ＥＧＲ通路５２を通じて、ＥＧＲクーラー５３によって冷却した排気ガスを、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ガスを、燃焼室１７の中に導入する。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）を含む高負荷中回転領域Ａ３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）。

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。

エンジン１の負荷が中負荷である場合に、インジェクタ６は、吸気行程中に、複数回の燃料噴射を行う。インジェクタ６は、第一噴射を吸気行程の前半に行い、第二噴射を吸気行程の後半に行ってもよい。

また、エンジン１の負荷が高負荷である場合に、インジェクタ６は、吸気行程において燃料を噴射する。

点火プラグ２５は、燃料の噴射後、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。エンジン１の負荷が中負荷である場合に、点火プラグ２５は、圧縮上死点前に点火を行ってもよい。エンジン１の負荷が高負荷である場合に、点火プラグ２５は、圧縮上死点後に点火を行ってもよい。

（過給機の動作）
ここで、図５のマップ５０４に示すように、低負荷領域Ａ１の一部、及び、中高負荷領域Ａ２の一部においては、過給機４４はオフである（Ｓ／Ｃ ＯＦＦ参照）。詳細には、低負荷領域Ａ１における低回転側の領域において、過給機４４はオフである。低負荷領域Ａ１における高回転側の領域においては、エンジン１の回転数が高くなることに対応して必要な吸気充填量を確保するために、過給機４４はオンである。また、中高負荷領域Ａ２における低負荷低回転側の一部の領域において、過給機４４はオフである。中高負荷領域Ａ２における高負荷側の領域においては、燃料噴射量が増えることに対応して必要な吸気充填量を確保するために、過給機４４はオンである。また、中高負荷領域Ａ２における高回転側の領域においても過給機４４はオンである。

尚、高負荷中回転領域Ａ３、高負荷低回転領域Ａ４、及び、高回転領域Ａ５の各領域においては、その全域において過給機４４がオンである（Ｓ／Ｃ ＯＮ参照）。

（高回転領域）
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。燃焼室１７内において混合気を成層化することが困難になる。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が高回転領域Ａ５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。尚、高回転領域Ａ５は、低負荷から高負荷まで負荷方向の全域に広がっている。

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。

スワールコントロール弁５６は、全開である。燃焼室１７内にはスワール流が発生せず、タンブル流のみが発生する。スワールコントロール弁５６を全開にすることによって、充填効率を高めることができると共に、ポンプ損失を低減することが可能になる。

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。

インジェクタ６は、吸気行程中に燃料噴射を開始する。インジェクタ６は、燃料を一括で噴射する。吸気行程中に燃料噴射を開始することによって、燃焼室１７の中に、均質又は略均質な混合気が形成される。また、燃料の気化時間を長く確保することができるため、未燃損失の低減を図ることもできる。

点火プラグ２５は、燃料の噴射終了後、圧縮上死点前の適宜のタイミングで、混合気に点火を行う。

（エンジンの基本制御）
図６は、ＥＣＵ１０が実行をするエンジン１の基本制御のフローを示している。ＥＣＵ１０は、メモリ１０２に記憶している制御ロジックに従いエンジン１を運転する。具体的にＥＣＵ１０は、各センサ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、目標トルクを設定し、エンジン１が目標トルクを出力するように、燃焼室１７の中の状態量の調節、噴射量の調節、噴射タイミングの調節、及び、点火時期の調節を行うための演算を行う。

ＥＣＵ１０はまた、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う場合には、ＳＩ率とθｃｉとの二つのパラメータを用いてＳＰＣＣＩ燃焼をコントロールする。具体的にＥＣＵ１０は、エンジン１の運転状態に対応する目標ＳＩ率及び目標θｃｉを定め、実際のＳＩ率が目標ＳＩ率に一致しかつ、実際のθｃｉが目標θｃｉとなるように、燃焼室１７内の温度の調節と、点火時期の調節とを行う。ＥＣＵ１０は、エンジン１の負荷が低い場合には、目標ＳＩ率を低く設定し、エンジン１の負荷が高い場合には、目標ＳＩ率を高く設定する。エンジン１の負荷が低い場合には、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＣＩ燃焼の割合を高めることによって、燃焼騒音の抑制と燃費性能の向上とが両立する。エンジン１の負荷が高い場合には、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ燃焼の割合を高めることによって、燃焼騒音の抑制に有利になる。

図６のフローのステップＳ１２１において、ＥＣＵ１０は、各センサＳＷ１～ＳＷ１７の信号を読み込み、続くステップＳ１２２において、ＥＣＵ１０は、アクセル開度に基づいて目標加速度を設定する。ステップＳ１２３において、ＥＣＵ１０は、設定した目標加速度を実現するために必要な目標トルクを設定する。

ステップＳ１２４において、ＥＣＵ１０はエンジン１の運転状態を判断し、混合気の空燃比が理論空燃比又は略理論空燃比であるか（つまり、空気過剰率λ＝１）であるか否かを判定する。λ＝１である場合には、プロセスは、ステップＳ１２５に進み、λ≠１である場合には、プロセスは、ステップＳ１２９に進む。

ステップＳ１２５～ステップＳ１２８は、エンジン１が、中負荷領域Ａ２、高負荷中回転領域Ａ３、高負荷低回転領域Ａ４、及び、高回転領域Ａ５において運転する場合に、各デバイスの制御目標値を設定するステップに相当する。ステップＳ１２５において、ＥＣＵ１０は、設定した目標トルクに基づいて、点火プラグ２５の目標点火時期を設定する。続くステップＳ１２６において、ＥＣＵ１０は、設定した目標トルクに基づいて、燃焼室１７内に充填する目標空気量を設定する。ステップＳ１２７において、ＥＣＵ１０は、設定した目標空気量に基づいて、混合気の空燃比が理論空燃比又は略理論空燃比になるよう、燃料の目標噴射量を設定する。そして、ステップＳ１２８において、ＥＣＵ１０は、設定した目標空気量に基づいて、スロットル弁４３の目標スロットル開度、スワールコントロール弁５６の目標ＳＣＶ開度、ＥＧＲ弁５４の目標ＥＧＲ弁開度、並びに、吸気電動Ｓ－ＶＴ２３の目標Ｓ－ＶＴ位相及び排気電動Ｓ－ＶＴ２４の目標Ｓ－ＶＴ位相を設定する。

ステップＳ１２９～ステップＳ１２１２は、エンジン１が低負荷領域Ａ１において運転する場合に、各デバイスの制御目標値を設定するステップに相当する。ステップＳ１２９において、ＥＣＵ１０は、設定した目標トルクに基づいて、点火プラグ２５の目標点火時期を設定する。続くステップＳ１２１０において、ＥＣＵ１０は、設定した目標トルクに基づいて、燃料の目標噴射量を設定する。ステップＳ１２１１において、ＥＣＵ１０は、設定した目標噴射量に基づいて、混合気の空燃比が所定のリーン空燃比になるよう、燃焼室１７内に充填する目標空気量を設定する。混合気の空燃比は、前述したように、２５～３１の間である。そして、ステップＳ１２１２において、ＥＣＵ１０は、設定した目標空気量に基づいて、スロットル弁４３の目標スロットル開度、スワールコントロール弁５６の目標ＳＣＶ開度、ＥＧＲ弁５４の目標ＥＧＲ弁開度、並びに、吸気電動Ｓ－ＶＴ２３の目標Ｓ－ＶＴ位相及び排気電動Ｓ－ＶＴ２４の目標Ｓ－ＶＴ位相を設定する。

ステップＳ１２１３においてＥＣＵ１０は、ステップＳ１２８又はステップＳ１２１２において設定した目標値となるように、スロットル弁４３のスロットル開度、スワールコントロール弁５６のＳＣＶ開度、ＥＧＲ弁５４のＥＧＲ弁開度、並びに、吸気電動Ｓ－ＶＴ２３のＳ－ＶＴ位相及び排気電動Ｓ－ＶＴ２４のＳ－ＶＴ位相を調節する。

ステップＳ１２１４において、ＥＣＵ１０は、設定した目標噴射量に従い、インジェクタ６に所定のタイミングで燃料を噴射させる。続くステップＳ１２１５において、ＥＣＵ１０は、設定した目標点火時期に点火プラグ２５に点火を実行させる。目標点火時期の設定については、後述する。

（目標点火時期の設定）
ＳＰＣＣＩ燃焼及びＳＩ燃焼は、点火プラグ２５の点火時期を進角すると、混合気が燃焼する時期が進角をする。燃焼時期が進角すると、エンジン１の熱効率の向上に有利になる。

ＳＰＣＣＩ燃焼は、点火時期を進角させると、ＣＩ燃焼の割合が多くなる。ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＣＩ燃焼の割合が多くなると、燃焼騒音が大きくなる。また、点火時期が進角し過ぎると、異常燃焼の発生によりエンジンの信頼性が低下する恐れもある。そこで、ＥＣＵ１０は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う場合、燃焼騒音指標が許容値に収まる範囲で、点火時期を進角側に設定する。

ＳＰＣＣＩ燃焼は、前述したように、点火プラグ２５の点火によって一部の混合気が火炎伝播を伴う燃焼を開始した後、残りの混合気が自己着火によって燃焼する。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、燃焼室１７内の状態等に応じて変化する。ＳＰＣＣＩ燃焼は、点火時期が同じであっても、燃焼波形が変化する場合がある。ＳＰＣＣＩ燃焼は、点火時期と、燃焼騒音指標であるｃｐｌｆとの相関が低い。

図７は、ｍｆｂ５０（mass fraction burned：質量燃焼割合５０％となるクランク角）とｃｐｌｆ（cylinder pressure level filtered：燃焼騒音指標）との関係を例示している。尚、燃焼騒音指標は、燃焼室内の圧力変化の周波数スペクトルである。ＳＰＣＣＩ燃焼は、ｍｆｂ５０とｃｐｌｆとの相関が高い。つまり、ｍｆｂ５０が進角すると、ｃｐｌｆは大きくなる。

ｍｆｂ５０が遅すぎるような燃焼は、混合気は自己着火による燃焼を開始しないで火炎伝播による燃焼（ＳＩ燃焼）のみを行う。ｍｆｂ５０が進角すると、混合気は自己着火による燃焼を開始する。つまり、混合気はＳＰＣＣＩ燃焼する。混合気がＳＰＣＣＩ燃焼を行う場合、ｍｆｂ５０の最遅角位置が、燃焼室１７内の状態等に応じて定まる（自己着火ｍｆｂ５０（最遅角））。最遅角位置よりもｍｆｂ５０が遅い燃焼は、自己着火による燃焼が開始しないＳＩ燃焼のみになる。ｍｆｂ５０の最遅角位置は、燃焼室１７内の状態等が変わると、変化する（図７の破線の矢印参照）。

混合気がＳＩ燃焼する場合は、ｍｆｂ５０の進角量に対するｃｐｌｆの増大量は、相対的に小さい。つまり、図７に示す、ｍｆｂ５０の最遅角位置よりも右側の直線の傾きは小さい。ＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼よりも燃焼騒音が大きい。混合気がＳＰＣＣＩ燃焼する場合は、ｍｆｂ５０の進角量に対するｃｐｌｆの増大量は、相対的に大きい。つまり、図７に示す、ｍｆｂ５０の最遅角位置よりも左側の直線の傾きは大きい。ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼とは、燃焼騒音に関する特性が異なる。

図７の破線は、ｃｐｌｆの制限値を例示している。ｃｐｌｆの制限値は、商品性を考慮して、自動車の走行速度や、エンジン１の回転数及び負荷等に基づいて定まる。

ｍｆｂ５０は、ｃｐｌｆの制限値を超えない範囲で、進角させることができる。例えば図７の実線と破線との交点を、ｍｆｂ５０の目標値とすることができる。ｍｆｂ５０の目標値が定まれば、ＥＣＵ１０は、ｍｆｂ５０が目標値となるように点火時期を定めることができる。

図８は、ＥＣＵ１０の機能ブロックの構成を示している。図８に示す機能ブロックは、点火時期の設定に関係する。機能ブロックは、ｃｐｌｆ目標値設定部１０ａ、ｍｆｂ５０推定部１０ｂ、ｃｐｌｆ推定部１０ｃ、目標ｍｆｂ５０算出部１０ｄ、点火時期設定部１０ｅ、ＣＩ影響割合算出部１０ｆ、ｃｐｌｆ算出部１０ｇ、ｍｆｂ５０算出部１０ｈを含んでいる。

ｃｐｌｆ目標値設定部１０ａ、ｍｆｂ５０推定部１０ｂ、ｃｐｌｆ推定部１０ｃ、目標ｍｆｂ５０算出部１０ｄ、及び点火時期設定部１０ｅは、センサＳＷ１～ＳＷ１７の計測信号に基づいて、点火時期を設定する機能ブロックである。これらの機能ブロックは、フィードフォワード制御により点火時期を設定する。

ＣＩ影響割合算出部１０ｆ、ｃｐｌｆ算出部１０ｇ、及びｍｆｂ５０算出部１０ｈは、筒内圧センサＳＷ６の計測信号に基づいて、後述するモデルや関係式の補正を行う機能ブロックである。これらの機能ブロックは、フィードバック制御によって、点火時期の設定に関与する。

ｃｐｌｆ目標値設定部１０ａは、ｃｐｌｆの制限値から、ｃｐｌｆの目標値を設定する。ｃｐｌｆ目標値設定部１０ａは、ｃｐｌｆの制限値を、前述したように、センサＳＷ１～ＳＷ１７の計測信号から得られる、自動車の走行速度やエンジン１の回転数及び負荷等に基づいて設定する。ｃｐｌｆ目標値設定部１０ａは、ｃｐｌｆの制限値をそのまま、ｃｐｌｆの目標値に設定してもよい（図１０参照）。また、ｃｐｌｆ目標値設定部１０ａは、ｃｐｌｆの制限値とは異なるｃｐｌｆの目標値を設定してもよい。ｃｐｌｆ目標値設定部１０ａは、図９に示すように、混合気の燃焼により生じるｃｐｌｆのばらつきを考慮し、ｃｐｌｆの制限値を超えることが無いように、ｃｐｌｆの目標値を、ｃｐｌｆの制限値よりも小さい値に設定してもよい（図９の矢印参照）。具体的にｃｐｌｆ目標値設定部１０ａは、これまでに蓄積をしたｃｐｌｆの計測データを利用して、ｃｐｌｆの制限値が、例えば３σとなるように、ｃｐｌｆの目標値を定めてもよい。

ｍｆｂ５０推定部１０ｂは、前述したｍｆｂ５０の最遅角位置を推定する。ｍｆｂ５０推定部１０ｂは、具体的には、混合気の自己着火モデルと、燃焼室１７内の圧力変化の関係式とに基づいて、ｍｆｂ５０の最遅角位置を推定する。

混合気の自己着火モデルは、式（１）で表される。自己着火モデルは、アレニウスの式をベースにしたモデル式である。

T_CI ^A ×P_CI ^B×(O2_rate)^C ×φ^D ／time＝１ …（１）
但し、T_CIは混合気が自己着火する時の燃焼室１７内の温度、P_CIは混合気が自己着火する時の燃焼室１７内の圧力、O2_rateは燃焼室１７内の酸素濃度、φは混合気の当量比、timeは時間、A、B、C、Dはそれぞれ定数、である。

O2_rateは、燃焼室１７内に導入される新気及びＥＧＲガスの量に基づいて定まる。φは、燃焼室１７内に導入される新気、ＥＧＲガス、及び燃料の量に基づいて定まる。timeは、エンジン１の回転数から定まる。

燃焼室内の圧力変化の関係式は、式（２）で表される。

P_CI＝P_BDC×（V_BDC/V_CI）^κ＋Q×（κ－１）／V_CI …（２）
但し、P_BDCは吸気下死点時の燃焼室内の圧力、V_BDCは吸気下死点時の燃焼室内の体積、V_CIは混合気が自己着火する時の燃焼室内の体積、Qは混合気の燃焼により発生する熱量、κは混合気の比熱比である。P_BDCは、サージタンク４２に取り付けられた第２圧力センサＳＷ５の計測信号に基づいて定まる。Qは、ＥＣＵ１０が記憶している燃焼モデルから定まる。κは燃焼室１７内のガス組成に基づいて定まる。

ｍｆｂ５０推定部１０ｂは、式（１）及び（２）から、燃焼室１７内の混合気が自己着火を開始する時点の燃焼室１７の体積V_CIを推定する。V_CIの推定時には、例えば１次近似を利用してもよい。

体積V_CIを推定すれば、当該ＳＰＣＣＩ燃焼の燃焼波形を定めることができる。燃焼波形が定まれば、ｍｆｂ５０が定まる。つまり、ｍｆｂ５０推定部１０ｂは、体積V_CIを推定し、推定した体積V_CIから、ｍｆｂ５０を推定する。推定したｍｆｂ５０は、混合気がＳＰＣＣＩ燃焼を行う場合の、ｍｆｂ５０の最遅角位置である（図９の上図９１の自己着火ｍｆｂ５０（最遅角）を参照）。

ｃｐｌｆ推定部１０ｃは、ｍｆｂ５０推定部１０ｂが推定したｍｆｂ５０の最遅角位置におけるｃｐｌｆを推定する（図９の上図９１の「推定ｃｐｌｆ」を参照）。ｍｆｂ５０の最遅角位置での燃焼は、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＣＩ燃焼分が少ない燃焼である。ｍｆｂ５０の最遅角位置での燃焼時のｃｐｌｆは、混合気がＳＰＣＣＩ燃焼ではなく、ＳＩ燃焼をしたと仮定して推定することができる。ｃｐｌｆ推定部１０ｃは、ＳＩ燃焼時のｃｐｌｆを、ＳＩ燃焼時の燃焼波形に基づいて算出する。ＳＩ燃焼時の燃焼波形は、例えばシミュレーションによって、又は、実際の燃焼データから取得することができる。より具体的に、ｃｐｌｆは、燃焼室１７内の圧力変化（ｄｐ／ｄｔ）との相関が高い。そこで、ｃｐｌｆ推定部１０ｃは、ＳＩ燃焼時のｍｆｂ１０とｍｆｂ５０との区間における熱発生Qの変化率（（0.5Q－0.1Q）/（mfb50－mfb10））と、燃焼室１７の体積Vと、エンジン回転数に基づく時間と、から、ｄｐ／ｄｔを算出すると共に、算出したｄｐ／ｄｔからｃｐｌｆを推定する。

目標ｍｆｂ５０算出部１０ｄは、ｃｐｌｆ目標値設定部１０ａが設定したｃｐｌｆの目標値と、ｃｐｌｆ推定部１０ｃが推定したｍｆｂ５０の最遅角位置におけるｃｐｌｆと、に基づいてｍｆｂ５０の目標値を算出する。目標ｍｆｂ５０算出部１０ｄは、ｍｆｂ５０の最遅角位置に対して、ｍｆｂ５０を進角させることが可能な進角量を算出する。

前述したように、ｃｐｌｆは燃焼室１７内の圧力変化（ｄｐ／ｄｔ）との相関が高い。ｍｆｂ５０が進角すると、ｍｆｂ５０時点での燃焼室１７の体積が小さくなり、燃焼室１７内の圧力変化も大きくなる。従って、最遅角位置におけるｍｆｂ５０時点の燃焼室１７の体積に対する、当該最遅角位置よりもｍｆｂ５０が進角した燃焼におけるｍｆｂ５０時点の燃焼室１７の体積の比（以下、これを体積比という）と、ｃｐｌｆとの間には、図９の下図９２に示すように相関がある。つまり、体積比が小さくなると、ｃｐｌｆは大きくなる。尚、ｍｆｂ５０の最遅角位置に応じて、体積比とｃｐｌｆとの相関関係は変化する。つまり、ｍｆｂ５０の最遅角位置に応じて、図９の下図９２の直線の傾きは変化する。

目標ｍｆｂ５０算出部１０ｄは、ｃｐｌｆの目標値と、推定ｃｐｌｆと、体積比とに基づいて、図９に実線の矢印で示すように、ｃｐｌｆの目標値を満足する体積比を算出する。目標ｍｆｂ５０算出部１０ｄは、当該体積比を目標のｍｆｂ５０に変換する。

尚、図９の上図９１のｍｆｂ５０とｃｐｌｆとの関係をデータ化して記憶しておき、目標ｍｆｂ５０算出部１０ｄは、ｃｐｌｆの目標値と、ｍｆｂ５０の最遅角位置におけるｃｐｌｆと、ｍｆｂ５０とｃｐｌｆとの関係と、に基づいて、ｃｐｌｆの目標値を算出してもよい。

また、目標ｍｆｂ５０算出部１０ｄは、ｃｐｌｆ目標値設定部１０ａが、ｃｐｌｆの制限値をｃｐｌｆの目標値に設定した場合は、図１０の上図９３及び下図９４に例示するように、ｍｆｂ５０のばらつきを考慮して、ｍｆｂ５０の目標値を遅角側に設定してもよい。目標ｍｆｂ５０算出部１０ｄは、これまでに蓄積をしたｍｆｂ５０の計測データを利用して、ｃｐｌｆの制限値に従い定まる目標ｍｆｂ５０が、例えば３σとなるように、ｍｆｂ５０の目標値を定めてもよい。

点火時期設定部１０ｅは、目標ｍｆｂ５０算出部１０ｄが算出したｍｆｂ５０の目標値に基づいて、混合気の燃焼が目標のｍｆｂ５０となるように、点火時期を定める。点火時期が進角すると、ｍｆｂ５０も進角する。点火時期設定部１０ｅは、設定した点火時期に従って、点火プラグ２５に点火信号を出力する。

ＣＩ影響割合算出部１０ｆは、筒内圧センサＳＷ６の計測信号に基づいて、燃焼室１７内の燃焼がＳＰＣＣＩ燃焼であったか、又は、ＳＩ燃焼であったかを判断する。ＣＩ影響割合算出部１０ｆはまた、燃焼がＳＰＣＣＩ燃焼であった場合には、当該燃焼におけるＣＩ燃焼の影響割合を算出する。

図１１の上図１１１は、燃焼がＳＰＣＣＩ燃焼であった場合のクランク角に対する熱発生率ｄｑ／ｄθの変化（実線）と、混合気が自己着火せず、燃焼がＳＩ燃焼であった場合のクランク角に対する熱発生率ｄｑ／ｄθの変化（実線及び一点鎖線）と、を例示している。図１１の下図１１２は、燃焼がＳＰＣＣＩ燃焼であった場合のクランク角に対する熱発生Ｑの変化（実線）と、燃焼がＳＩ燃焼であった場合のクランク角に対する熱発生Ｑの変化（実線及び一点鎖線）と、を例示している。

ＳＰＣＣＩ燃焼は、点火により火炎伝播による燃焼が開始した後、θｃｉにおいて、混合気が自己着火し、自己着火による燃焼が行われる。図１１の上図１１１に示すように、ＳＰＣＣＩ燃焼における熱発生率（ｄｑ／ｄθ）の波形は、ＳＩ燃焼による熱発生の山に、ＣＩ燃焼による熱発生の山が積み重なったような形状になる。図１１の下図１１２に示すように、ＳＰＣＣＩ燃焼における熱発生の変化は、θｃｉよりも前と、θｃｉよりも後とで、傾きが変わる。

ＣＩ影響割合算出部１０ｆは、ｍｆｂ１０からｍｆｂ５０までの期間における熱発生Qの傾きと、ｍｆｂ１０からｄｑ／ｄθｍａｘ（つまり、ｄｑ／ｄθが最大となるクランク角）までの期間における熱発生Qの傾きとを比較することにより、燃焼室１７内の燃焼がＳＰＣＣＩ燃焼であったか、又は、ＳＩ燃焼であったかを判断する。

ｍｆｂ１０からｍｆｂ５０までの期間における熱発生Qの傾きは、下式（３）で表され、ｍｆｂ１０からｄｑ／ｄθｍａｘまでの期間における熱発生Qの傾きは、下式（４）で表される。

（（0.5Q－0.1Q）/（mfb50－mfb10）） …（３）
（（dq/dθmaxQ－0.1Q）/（dq/dθmax－mfb10）） …（４）
ＳＩ燃焼であれば、式（３）の値と式（４）の値とは、ほぼ等しくなる。これに対し、ＳＰＣＣＩ燃焼であれば、式（４）の値は、式（３）の値よりも大きくなる。

ＣＩ影響割合算出部１０ｆは、式（３）と式（４）との比
（（dq/dθmaxQ－0.1Q）/（dq/dθmax－mfb10））／（（0.5Q－0.1Q）/（mfb50－mfb10））
が１を超えるのであれば、燃焼室１７内の燃焼がＳＰＣＣＩ燃焼であったと判断する。また、前記比が大きいほど、ＣＩ影響割合算出部１０ｆは、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＣＩ燃焼の影響が大きいと判断する。前記比の値は、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＣＩ燃焼の影響を示すＣＩ影響割合である。

ｃｐｌｆ算出部１０ｇは、燃焼室１７内の燃焼がＳＰＣＣＩ燃焼であった場合に、筒内圧センサＳＷ６の計測信号に基づいて実際のｃｐｌｆ（つまり、実測ｃｐｌｆ。図１２参照）を算出する。算出したｃｐｌｆは蓄積される。蓄積されたｃｐｌｆを使って、実際のｃｐｌｆの標準偏差が算出される。実際のｃｐｌｆの標準偏差は、前述したように、ｃｐｌｆの目標値の設定に利用される。

ｃｐｌｆ算出部１０ｇはまた、実測ｃｐｌｆに基づいて、ｍｆｂ５０とｃｐｌｆとの関係（図９の上図９１）、換言すると体積比とｃｐｌｆとの関係（図９の下図９２）を補正する。具体的に、ｃｐｌｆ算出部１０ｇは、目標ｍｆｂ５０算出部１０ｄが目標ｍｆｂ５０を算出した手順とは逆の手順に従い、算出した実測ｃｐｌｆと、ＣＩ影響割合と、計測したｍｆｂ１０及びｍｆｂ５０とから、ｍｆｂ５０の最遅角位置におけるｃｐｌｆを算出する（図１２の矢印参照）。ｃｐｌｆ算出部１０ｇは、実測値に基づく、ｍｆｂ５０の最遅角位置におけるｃｐｌｆと、ｃｐｌｆ推定部１０ｃが推定したｍｆｂ５０の最遅角位置におけるｃｐｌｆとを比較する。ｃｐｌｆ算出部１０ｇは、ｃｐｌｆのずれに応じて、ｍｆｂ５０とｃｐｌｆとの関係、つまり、図９の下図９２における直線を、ずれに応じて上下左右にオフセットする補正を行う（図１２の矢印参照）。

ｍｆｂ５０算出部１０ｈは、燃焼室１７内の燃焼がＳＰＣＣＩ燃焼であった場合に、筒内圧センサＳＷ６の計測信号に基づいて実際のｍｆｂ５０（つまり、実測ｍｆｂ５０。図１２参照）を算出する。ｍｆｂ５０算出部１０ｈはまた、算出した実測ｍｆｂ５０に基づいて、ｍｆｂ５０推定部１０ｂにおいて使用する自己着火モデルを補正する。

自己着火モデルの補正は、ｍｆｂ５０のずれが筒内温度のずれによって生じたと仮定して、自己着火モデルの温度に関係するパラメータを補正することにより行う。具体的に、ｍｆｂ５０算出部１０ｈは、目標ｍｆｂ５０算出部１０ｄが目標ｍｆｂ５０を算出した手順とは逆の手順に従って、実測ｍｆｂ５０と、ＣＩ影響割合とから、ｍｆｂ５０の最遅角位置における燃焼室１７の体積を算出する。ｍｆｂ５０算出部１０ｈは、実測値に基づく、ｍｆｂ５０の最遅角位置における体積を使って、自己着火モデルを温度について解き、ｍｆｂ５０推定部１０ｂが推定したｍｆｂ５０の最遅角位置における温度とのずれを、自己着火モデルに反映する。

（点火制御の手順）
図１３は、ＥＣＵ１０が実行する点火プラグ２５の点火制御に係る手順を示すフローチャートである。スタート後のステップＳ１において、ＥＣＵ１０は、各センサＳＷ１～ＳＷ１７の検知信号を読み込む。ステップＳ１の後、ＥＣＵ１０は、ステップＳ２～Ｓ７のプロセスと、ステップＳ８～Ｓ１０のプロセスとを並行して実行する。

ステップＳ２においてｃｐｌｆ目標値設定部１０ａは、前述したように、自動車の走行状態、及び／又は、エンジン１の運転状態に基づいて、ｃｐｌｆの制限値を定める。続くステップＳ３においてｍｆｂ５０推定部１０ｂは、混合気がＳＰＣＣＩ燃焼を行う場合の、ｍｆｂ５０の最遅角位置を、自己着火モデルに基づいて推定する。

ステップＳ４においてｃｐｌｆ推定部１０ｃは、ステップＳ３で推定したｍｆｂ５０の最遅角位置におけるｃｐｌｆを推定する。続くステップＳ５において、ｃｐｌｆ目標値設定部１０ａは、ステップＳ２で設定したｃｐｌｆの制限値からｃｐｌｆの目標値を設定すると共に、目標ｍｆｂ５０算出部は、ｃｐｌｆの目標値と、ステップＳ３で推定した最遅角位置でのｃｐｌｆとから、前述したように、ｍｆｂ５０の目標値を算出する。

ステップＳ６において点火時期設定部１０ｅは、ステップＳ５で算出したｍｆｂ５０の目標値から点火時期を設定する。そして、ステップＳ７において点火時期設定部１０ｅは、点火プラグ２５に点火信号を出力する。点火プラグ２５は、点火信号に従って、燃焼室１７内の混合気に点火する。

ステップＳ８においてＣＩ影響割合算出部１０ｆは、混合気がＳＰＣＣＩ燃焼をしたか否かを判断すると共に、ＳＰＣＣＩ燃焼をした場合は、ＣＩ影響割合を算出する。続くステップＳ９においてｍｆｂ５０算出部１０ｈは、筒内圧センサＳＷ６の計測信号に基づいて計測されたｍｆｂ５０と、ＣＩ影響割合とからｍｆｂ５０の最遅角位置を算出する。ステップＳ９で算出したｍｆｂ５０の最遅角位置と、ステップＳ３で推定したｍｆｂ５０の最遅角位置とのずれに基づいて、ＥＣＵ１０は、自己着火モデルを補正する。

続くステップＳ１０においてｃｐｌｆ算出部１０ｇは、筒内圧センサＳＷ６の計測信号に基づいて計測したｃｐｌｆと、ＣＩ影響割合と、計測したｍｆｂ１０及びｍｆｂ５０と、に基づいて、最遅角位置でのｃｐｌｆを算出する。ＥＣＵ１０は、ステップＳ１０で算出したｃｐｌｆと、ステップＳ４で推定したｃｐｌｆとのずれに応じて、体積比とｃｐｌｆとの関係を補正する。

（燃料のオクタン価の判定ロジック）
このエンジン１は、前述したように、高オクタン価燃料及び低オクタン価燃料の両方を使用可能である。ＥＣＵ１０のメモリ１０２は、図５に示す各領域について、高オクタン価燃料に対応する第１制御セットと、低オクタン価燃料に対応する第２制御セットとの二種類の制御セットを記憶している。第１制御セット及び第２制御セットは、燃料のオクタン価に対応して、燃費及び排気ガス性状が最適になるよう、設定されている。ＥＣＵ１０は、後述する制御によって、燃料のオクタン価を判定すると共に、判定した燃料のオクタン価に対応する制御セットを選択して、エンジン１の運転を制御する。

次に、図１４を参照しながら、使用燃料のオクタン価の判定ロジックについて説明をする。図１４は、使用燃料のオクタン価を判定する判定装置の構成を例示している。図１４の各ブロックは、ＥＣＵ１０の機能ブロックである。

この判定ロジックは、ＳＰＣＣＩ燃焼の燃焼形態を利用する。図３に示すように、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行って火炎伝播を伴う燃焼を開始させると共に、その燃焼による発熱及び／又は圧力上昇によって、未燃混合気が自己着火により燃焼する形態である。

使用燃料のオクタン価が低いと、混合気は自己着火しやすいため、混合気が自己着火する時の燃焼室１７の中の圧力は相対的に低く、使用燃料のオクタン価が高いと、混合気は自己着火しにくいため、混合気が自己着火する時の燃焼室１７の中の燃焼室の中の圧力は相対的に高い。ＥＣＵ１０は、混合気が自己着火する時の燃焼室１７の中の圧力に基づいて、使用燃料のオクタン価を判断する。

エンジン１の制御装置は、混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させる運転領域において混合気の過早着火が抑制されるよう、エンジン１の運転状態に応じた充填効率の上限値を予め定めている。ＥＣＵ１０は、充填効率の上限値を定めたＣｅマップ１０ｔを有していて、当該Ｃｅマップ１０ｔを参照しながら、エンジン１を制御する。

ここで、充填効率の上限値は、次のようにして定める。先ず、燃焼室１７の中に導入したガスがモータリングによって圧縮された時に、圧縮上死点における燃焼室１７内の圧力が自己着火圧力を超えると、混合気が自己着火をする（つまり、混合気が過早着火する）と定義する。充填効率の上限値は、モータリングによって圧縮された時の燃焼室１７内の圧力が自己着火圧力を超えないように定める。ＥＣＵ１０が記憶するＣｅマップ１０ｔは、特定オクタン価、例えば高オクタン価の燃料を使用している条件において、エンジン１の運転状態毎に、充填効率の上限値を定めている。

判定装置は、Ｃｅマップ１０ｔを利用して、使用燃料が特定オクタン価の燃料の場合に、混合気が自己着火をする燃焼室１７内の圧力を算出する。具体的に、ＥＣＵ１０の機能ブロックは、上限Ｃｅ設定部１０ｉと、Ｃｅ算出部１０ｊと、Ｃｅ比率算出部１０ｋとを含んでいる。

上限Ｃｅ設定部１０ｉは、各種センサＳＷ１～ＳＷ１７の計測信号に基づいて、エンジン１の現在の運転状態を判定すると共に、判定したエンジン１の運転状態と前記Ｃｅマップ１０ｔとに基づいて、エンジン１の現在の運転状態における、充填効率の上限値を設定する。ここで設定する充填効率の上限値は、点火前に混合気が自己着火することを抑制できる充填効率の上限値である。

Ｃｅ算出部１０ｊは、各種センサＳＷ１～ＳＷ１７の計測信号に基づいて、エンジン１の現在の充填効率を算出する。

Ｃｅ比率算出部１０ｋは、上限Ｃｅ設定部１０ｉが設定した上限Ｃｅと、Ｃｅ算出部１０ｊが算出した現在のＣｅとの比率を算出する。Ｃｅ比率算出部１０ｋが算出した充填効率の比率は、エンジン１の現在の運転状態において、過早着火が発生するまでの、充填効率の余裕度に相当する。

ＥＣＵ１０の機能ブロックはまた、過早着火抑制圧力算出部１０ｍと、筒内圧算出部１０ｌとを含んでいる。

過早着火抑制圧力算出部１０ｍは、Ｃｅ比率算出部１０ｋが算出した充填効率の比率と、エンジン１の現在の運転状態における、圧縮上死点における燃焼室１７内の圧力と、に基づいて、圧縮上死点における燃焼室１７内の圧力であって、過早着火を抑制できる限界の圧力を算出する。算出される圧力は、換言すれば、特定オクタン価の燃料を使用している場合に、混合気が自己着火し得る圧力に相当する。

筒内圧算出部１０ｌは、各種センサＳＷ１～ＳＷ１７の計測信号に基づいて、エンジン１の現在の運転状態における、圧縮上死点における燃焼室１７内の圧力を算出する。ここで、筒内圧算出部１０ｌは、内部ＥＧＲガス及び外部ＥＧＲガス分の圧力を除いた、空気分のみの、燃焼室１７内の圧力を算出する。ＥＧＲシステム５５は、エンジン１の運転状態に応じてＥＧＲ率を変える。筒内圧算出部１０ｌは、ＥＧＲガス分の圧力を除いた燃焼室１７内の圧力を算出する。このため、判定装置は、ＥＧＲガス量の影響を受けずに、使用している燃料のオクタン価を判定できる。

判定装置は、Ｃｅマップ１０ｔを用いた圧力の算出に並行して、混合気が自己着火をする燃焼室１７内の圧力を、前述した混合気の自己着火モデル１０ｕを利用して算出する。この圧力は、現在使用している燃料によって形成された混合気が自己着火をする燃焼室１７内の圧力である。ＥＣＵ１０の機能ブロックは、自己着火圧力算出部１０ｎと、ＥＧＲ率算出部１０ｏと、を含んでいる。

自己着火圧力算出部１０ｎは、前述したように、混合気の自己着火モデル１０ｕを利用して混合気が自己着火をする燃焼室１７内の圧力を算出する。具体的には、自己着火圧力算出部１０ｎは、ｍｆｂ５０の最遅角位置（図７参照）に基づき、当該最遅角位置となる燃焼状態において、混合気が自己着火をする時の燃焼室１７内の圧力を算出する。自己着火圧力算出部１０ｎは、このときに、内部ＥＧＲガス及び外部ＥＧＲガス分の圧力を除いた、空気分のみの、燃焼室１７内の圧力を算出する。ＥＧＲ率算出部１０ｏは、各種センサＳＷ１～ＳＷ１７の計測信号に基づいて、エンジン１の現在の運転状態におけるＥＧＲ率を算出する。自己着火圧力算出部１０ｎは、ＥＧＲ率算出部１０ｏが算出したＥＧＲ率に基づいて、内部ＥＧＲガス及び外部ＥＧＲガス分の圧力を除いた、空気分のみの、燃焼室１７内の圧力を算出する。筒内圧算出部１０ｌと同様に、自己着火圧力算出部１０ｎがＥＧＲガス分の圧力を除いた燃焼室１７内の圧力を算出するため、判定装置は、ＥＧＲガス量の影響を受けずに、使用している燃料のオクタン価を判定できる。

ＥＣＵ１０の機能ブロックはさらに、圧力比率算出部１０ｐと、プリイグ限界Ｃｅ算出部１０ｑと、オクタン価判定部１０ｒと、制御セット選択部１０ｓと、を含んでいる。

圧力比率算出部１０ｐは、過早着火抑制圧力算出部１０ｍが算出した過早着火抑制圧力と、自己着火圧力算出部１０ｎが算出した自己着火圧力との比率を算出する。この比率は、使用している燃料のオクタン価と、特定オクタン価との差に対応する。

プリイグ限界Ｃｅ算出部１０ｑは、圧力比率算出部１０ｐが算出した過早着火抑制圧力と自己着火圧力との比率を、充填効率の比率に換算すると共に、上限Ｃｅ設定部１０ｉが設定した上限Ｃｅを用いて、プリイグ限界Ｃｅを算出する。プリイグ限界Ｃｅは、現在使用している燃料において、過早着火を抑制する充填効率の上限値である。

オクタン価判定部１０ｒは、プリイグ限界Ｃｅ算出部１０ｑが算出したプリイグ限界Ｃｅと、上限Ｃｅ設定部１０ｉが設定した上限Ｃｅとの差に基づいて、使用燃料のオクタン価を判定する。オクタン価判定部１０ｒは、プリイグ限界Ｃｅと、上限Ｃｅとの差がない場合、使用燃料のオクタン価は、特定オクタン価であると判定できる。オクタン価判定部１０ｒは、プリイグ限界Ｃｅと上限Ｃｅとの差がある場合、使用燃料のオクタン価は、特定オクタン価とは相違している。オクタン価の差は、プリイグ限界Ｃｅと上限Ｃｅとの差に対応する。オクタン価判定部１０ｒは、プリイグ限界Ｃｅと上限Ｃｅとの差に基づいて、使用燃料のオクタン価を判定する。これにより、オクタン価判定部１０ｒは、使用燃料が低オクタン価である、又は、使用燃料が低オクタン価と高オクタン価との中間オクタン価である、と判定できる。

制御セット選択部１０ｓは、オクタン価判定部１０ｒが判定した燃料のオクタン価に基づいて、エンジン１の運転制御に用いる制御セットを選択する。具体的に、制御セット選択部１０ｓは、判定された燃料のオクタン価が、低オクタン価よりも高オクタン価に近い場合は、高オクタン価燃料に対応する第１制御セットを選択し、判定された燃料のオクタン価が、高オクタン価よりも低オクタン価に近い場合は、低オクタン価燃料に対応する第２制御セットを選択する。

こうして、燃料のオクタン価を判定すると、ＥＣＵ１０は、燃料のオクタン価に応じて選択された制御セットに従って、少なくとも、インジェクタ６の燃料噴射時期、点火プラグ２５の点火時期、吸気電動Ｓ－ＶＴ２３の位相角、排気電動Ｓ－ＶＴ２４の位相角、及び、スワールコントロール弁５６の開度をそれぞれ制御する。その結果、エンジン１は、使用燃料のオクタン価に応じて、常に、燃費及び排気ガス性状が最適になる。

尚、制御セット選択部１０ｓは、判定された燃料のオクタン価が中間のオクタン価である場合、第１制御セットの制御量と、第２制御セットの制御量との中間値を、各デバイスの制御量に定めてもよい。

図１５は、ＥＣＵ１０が実行する制御であって、燃料のオクタン価を判定する手順を例示している。尚、図１５のフローの各ステップは、可能な範囲で入れ替えることが可能である。また、図１５のフローのステップの一部を、別のステップに置き換えること、図１５のフローのステップの一部を省略すること、及び、図１５のフローに、新たなステップを追加することも可能である。

図１５のフローは、イグニッションをオンにするとスタートする。スタート後のステップＳ１５１において、ＥＣＵ１０は、各センサＳＷ１～ＳＷ１７の計測信号を読み込む。

続くステップＳ１５２において、ＥＣＵ１０は、充填効率Ｃｅが下限値以上であるか否かを判断する。充填効率Ｃｅが低いと、燃料のオクタン価を誤判定する恐れがある。そこで、ＥＣＵ１０は、充填効率Ｃｅが下限値よりも小さい場合は、燃料のオクタン価の判定を行わない。オクタン価の判定可能な下限負荷が存在する。ステップＳ１５２の判断がＹＥＳの場合、プロセスはステップＳ１５３に進み、ステップＳ１５２の判断がＮＯの場合、プロセスはリターンする。このことにより、使用燃料のオクタン価の誤判定が抑制される。

ステップＳ１５３において、ＥＣＵ１０は、エンジン１の運転状態と、Ｃｅマップ１０ｔとに基づいて、エンジン１の現在の運転状態における、充填効率の上限値を設定する。続くステップＳ１５４において、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１５３で設定した上限Ｃｅと、現在のＣｅとから、上限Ｃｅと現在のＣｅとの比率を算出する。

ステップＳ１５５において、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１５４で算出したＣｅの比率と、エンジン１の現在の運転状態における、圧縮上死点における燃焼室１７内の圧力とに基づいて、過早着火抑制圧力を算出する。

ステップＳ１５６において、ＥＣＵ１０は、混合気の自己着火モデル１０ｕを用いて、混合気が自己着火をする燃焼室１７内の圧力、つまり、自己着火圧力を算出する。

続くステップＳ１５７において、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１５５で算出した過早着火抑制圧力と、ステップＳ１５６で算出した自己着火圧力との比率を算出し、ステップＳ１５８において、ＥＣＵ１０は、算出した圧力比率を充填効率に換算することによって、プリイグ限界Ｃｅを算出する。

そして、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１５９において、ステップＳ１５８で算出したプリイグ限界Ｃｅから、使用燃料のオクタン価を判定し、続くステップＳ１６０においてＥＣＵ１０は、判定したオクタン価に基づいて、制御セットを選択する。

このオクタン価の判定ロジックは、ＳＰＣＣＩ燃焼の特性を利用している。混合気がＳＰＣＣＩ燃焼すれば、ＥＣＵ１０は、使用燃料のオクタン価を判定できる。ノッキングが発生しなくても、ＥＣＵ１０は、使用燃料のオクタン価を判定できる。ＥＣＵ１０は、速やかに、使用燃料のオクタン価を判定できる。

尚、図１５のフローにおいて、充填効率が下限値以下である場合に、ＥＣＵ１０は、オクタン価の判定を禁止しているが、判定を禁止する代わりに、ＥＣＵ１０は、充填効率が下限値以下である場合には、各デバイスの制御量をオクタン価に応じて補正する際の、補正度合いを小さくしてもよい。

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
１０ ＥＣＵ（制御部）
１０ｍ 過早着火抑制圧力算出部
１０ｎ 自己着火圧力算出部
１０ｒ オクタン価判定部
１７ 燃焼室
２５ 点火プラグ（点火部）
５５ ＥＧＲシステム
６ インジェクタ（燃料供給部）
６１ 燃料供給システム（燃料供給部）
ＳＷ１ エアフローセンサ（計測部）
ＳＷ２ 第１吸気温度センサ（計測部）
ＳＷ３ 第１圧力センサ（計測部）
ＳＷ４ 第２吸気温度センサ（計測部）
ＳＷ５ 第２圧力センサ（計測部）
ＳＷ６ 筒内圧センサ（計測部）
ＳＷ７ 排気温度センサ（計測部）
ＳＷ８ リニアＯ_２センサ（計測部）
ＳＷ９ ラムダＯ_２センサ（計測部）
ＳＷ１０ 水温センサ（計測部）
ＳＷ１１ クランク角センサ（計測部）
ＳＷ１２ アクセル開度センサ（計測部）
ＳＷ１３ 吸気カム角センサ（計測部）
ＳＷ１４ 排気カム角センサ（計測部）
ＳＷ１５ ＥＧＲ差圧センサ（計測部）
ＳＷ１６ 燃圧センサ（計測部）
ＳＷ１７ 第３吸気温度センサ（計測部）

Claims (5)

1. 燃焼室を形成するシリンダを有するエンジンと、
   前記燃焼室の中に燃料を供給する燃料供給部と、
   前記エンジンの燃焼室に臨んで配設されかつ、点火信号に基づいて前記燃焼室内の混合気に点火をする点火部と、
   前記エンジンの運転に関係するパラメータの計測信号を出力する計測部と、
   前記計測部の計測信号を受けて演算を行うと共に、当該演算結果に基づく点火信号を、前記点火部に出力する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記点火部の点火によって一部の混合気が火炎伝播を伴う燃焼を開始した後、残りの混合気が自己着火によって燃焼する部分自己着火燃焼が行われるよう、前記点火部に前記点火信号を出力し、
   前記制御部は、
   混合気の自己着火モデルに基づいて、前記エンジンの現在の運転状態において前記混合気が自己着火する時の、前記燃焼室内の圧力（自己着火圧力）を算出し、
   特定オクタン価の燃料を使用している条件において、前記混合気の過早着火が抑制されるよう予め設定された充填効率の上限値と、前記エンジンの現在の運転状態とに基づいて、過早着火が抑制される前記燃焼室内の圧力の上限値（過早着火抑制圧力）を算出し、
   前記自己着火圧力と、前記過早着火抑制圧力と、の差に基づいて、前記燃料のオクタン価を判定するエンジンの制御装置。
2. 請求項１に記載のエンジンの制御装置において、
   前記制御部は、予め設定された充填効率の上限値と、前記計測部の計測信号に基づき算出される現在の、前記エンジンの充填効率及び前記燃焼室内の圧力とに基づいて、前記過早着火抑制圧力を算出するエンジンの制御装置。
3. 請求項１又は２に記載のエンジンの制御装置において、
   前記燃焼室の中に、前記エンジンの運転状態に対応する量のＥＧＲガスを導入するＥＧＲシステムを備え、
   前記制御部は、前記ＥＧＲガス分の圧力を除いた前記燃焼室内の圧力を、前記自己着火圧力としかつ、前記ＥＧＲガス分の圧力を除いた前記燃焼室内の圧力を、前記過早着火抑制圧力とするエンジンの制御装置。
4. 請求項１～３のいずれか１項に記載のエンジンの制御装置において、
   前記制御部は、前記エンジンの負荷が所定負荷よりも低い場合は、前記オクタン価の判定を制限するエンジンの制御装置。
5. 請求項１～４のいずれか１項に記載のエンジンの制御装置において、
   前記制御部は、判定した前記燃料のオクタン価に対応する前記点火信号を、前記点火部に出力するエンジンの制御装置。

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