JP7259725B2 - 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燃料噴射タイミング及び第１点火タイミングを定めた第１制御セットと、第２燃料噴射タイミング及び第２点火タイミングを定めた第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タイミング及び点火タイミングであり、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タイミング及び点火タイミングである。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。火炎伝播を伴う燃焼によって発生した熱は、未燃混合気の自己着火をアシストする。

本願発明者らは、ＳＰＣＣＩ燃焼において、点火プラグが混合気に点火をしたタイミングから未燃混合気が自己着火をしたタイミングまでに、燃焼室内で発生した熱量（以下、この熱量をアシスト熱量ともいう）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、アシスト熱量は少なく、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、アシスト熱量は多い。本願発明者らは、ＳＰＣＣＩ燃焼時のアシスト熱量を、計測部が計測をした各種のパラメータに基づいて算出すれば、燃料のオクタン価を判定できることを見いだした。

判定したオクタン価に応じて、制御部が、点火のタイミングを最適化すれば、エンジンは、最適なＳＰＣＣＩ燃焼を実現できる。具体的に、燃料のオクタン価が高い場合、制御部は点火のタイミングを進角させる。燃料のオクタン価が低い場合、制御部は点火のタイミングを遅角させる。燃料のオクタン価が変化しても、エンジンは、燃焼騒音の抑制と燃費性能の向上とが両立する。

ここで、燃料タンク内の燃料のオクタン価が、低オクタン価から高オクタン価へ変化した場合を考える。燃料タンク内の燃料よりもオクタン価の高い燃料が給油されると、燃料のオクタン価は、低から高へ変化する。

燃料タンク内の燃料のオクタン価が低いと、点火のタイミングは、その低いオクタン価に応じて遅角側に設定される。この状態で、燃料のオクタン価が、低オクタン価から高オクタン価へ変化した場合、点火のタイミングが遅角側に設定されているため、相対的に着火しにくい高オクタン価燃料の混合気は、自己着火しない、又は、自己着火しにくい。つまり、給油後に、エンジンはＳＰＣＣＩ燃焼しない。混合気が自己着火しないと、制御部は、前述したＳＰＣＣＩ燃焼時のアシスト熱量に基づいたオクタン価の判定ができない。オクタン価の判定ができないと、点火のタイミングが、低オクタン価の燃料に対応した遅角側のタイミングに維持されてしまい、オクタン価の判定が、さらに遅れてしまう。

この問題を解消するために、ここに開示する技術では、自己着火による燃焼が生じていないと判断した場合、制御部は、点火のタイミングを進角する。

具体的にここに開示する技術は、エンジンの制御装置に係る。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、
燃料タンク内の燃料を前記燃焼室の中へ供給する燃料供給部と、
前記エンジンに取り付けられかつ、前記燃焼室の中の混合気に点火する点火部と、
前記エンジンに関係するパラメータの計測信号を出力する計測部と、
前記計測信号を受けると共に、前記燃料供給部及び前記点火部に制御信号を出力する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記点火部に、所定のタイミングで前記混合気に点火させ、それによって、前記エンジンは、一部の混合気が火炎伝播を伴う燃焼を開始し、その後、残りの未燃混合気が自己着火により燃焼する部分自己着火燃焼を行い、
前記制御部は、前記計測信号を受けて、前記点火部が点火をしたタイミングから前記未燃混合気が自己着火をしたタイミングまでに、前記燃焼室内で発生した熱量を算出すると共に、算出した熱量に基づいて前記燃料のオクタン価を判定し、
前記制御部は、判定した燃料のオクタン価に応じて、点火のタイミングを設定し、
前記制御部は、前記計測信号に基づいて、前記自己着火による燃焼が生じていないと判断した場合は、前記点火のタイミングを進角側へ変更する。

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、計測部の計測信号に基づいて、点火部が点火をしたタイミングから未燃混合気が自己着火をしたタイミングまでに、燃焼室内で発生した熱量を算出する。この熱量は、アシスト熱量である。前述したように、アシスト熱量は燃料のオクタン価と相関を有している。実験又はシミュレーションを行うことによって、アシスト熱量と燃料のオクタン価との相関関係を予め調べておいて、その相関関係を、マップ又はモデルとして、制御部が記憶していれば、制御部は、算出したアシスト熱量から、燃料のオクタン価を判定できる。

前記の構成の制御装置は、混合気がＳＰＣＣＩ燃焼すれば、燃料のオクタン価を判定できる。制御装置は、速やかに、オクタン価を判定できる。

制御部は、判定した燃料のオクタン価に応じて、点火のタイミングを設定する。制御部は、例えば、燃料のオクタン価が高い場合は、点火タイミングを進角側に設定し、燃料のオクタン価が低い場合は、点火タイミングを遅角側に設定してもよい。燃料のオクタン価が高い場合も低い場合も、ＳＰＣＣＩ燃焼が最適化し、エンジンは、燃費性能が向上しかつ、燃焼騒音が抑制する。

給油によって燃料のオクタン価が変化し、点火のタイミングが燃料のオクタン価に対応しなくなると、ＳＰＣＣＩ燃焼が行われない。制御部は、自己着火による燃焼が生じていないと判断した場合は、点火のタイミングを進角側へ変更する。点火のタイミングを進角すると、火炎伝播を伴う燃焼の開始が早まるから、混合気は自己着火しやすくなる。つまり、エンジンは、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う。

ＳＰＣＣＩ燃焼が行われると、制御部は、算出したアシスト熱量に基づいて、燃料のオクタン価を判定できる。制御部は、判定した燃料のオクタン価に応じて、点火のタイミングを設定することにより、点火のタイミングを最適化できる。

制御装置は、給油が行われた後、速やかに、オクタン価を判定できる。制御装置は、給油によって燃料のオクタン価が変化しても、点火のタイミングを最適なタイミングに速やかに変更できる。エンジンは、燃費性能の向上と燃焼騒音の抑制とが両立する。

前記エンジンは、前記エンジンの運転状態が特定運転領域にある場合に、前記部分自己着火燃焼を行い、
前記制御部は、前記エンジンの運転状態が前記特定運転領域にある場合であって、前記自己着火による燃焼が生じていないと判断した場合は、前記点火のタイミングを進角側へ変更する、としてもよい。

エンジンの運転状態が特定運転領域にある場合、混合気は、本来であれば、自己着火をし、エンジンはＳＰＣＣＩ燃焼をする。エンジンの運転状態が特定運転領域にある場合に、混合気が自己着火しないと、設定されている点火のタイミングが、燃料のオクタン価と対応していない可能性がある。その場合に制御部は、点火のタイミングを強制的に進角側に変更することによって、混合気は自己着火する。エンジンがＳＰＣＣＩ燃焼を行うため、制御部は、燃料のオクタン価を判定できる。

尚、特定運転領域以外の領域において、エンジンは、例えば混合気が自己着火しないＳＩ燃焼を行ってもよい。

前記制御部は、前記計測信号に基づいて、前記自己着火による燃焼の頻度を判断すると共に、前記頻度が予め設定した閾値を下回る場合に、前記自己着火による燃焼が生じていないと判断する、としてもよい。

燃焼室内の状態（例えば、温度、圧力、ガス流動等の状態を含む）が、サイクル毎にばらつくこと等に起因して、点火のタイミングと燃料のオクタン価とが対応していたとしても、火炎伝播による燃焼が開始した後に、自己着火による燃焼が生じないことも起こり得る。制御部は、自己着火による燃焼の頻度を判断すると共に、その頻度が予め設定した閾値を下回る場合に、自己着火による燃焼が生じていないと判断する。頻度は、エンジンのサイクル数に対して、自己着火による燃焼が生じたサイクルの割合である。頻度を判断基準にすることにより、制御部は、燃焼室内の状態のばらつきを考慮して、エンジンがＳＰＣＣＩ燃焼を行っていないことを、的確に判断できる。

前記閾値は、前記エンジンの運転状態毎に定められている、としてもよい。

エンジンの運転状態は、エンジンの充填効率（つまり、エンジンの負荷）及びエンジンの回転数によって規定すればよい。エンジンの運転状態に応じて、燃焼のばらつき度合いが変わり、自己着火による燃焼の頻度も、エンジンの運転状態に応じて変化する。閾値をエンジンの運転状態毎に定めることにより、制御部は、エンジンがＳＰＣＣＩ燃焼を行っていないことを、的確に判断できる。

前記計測部は、前記燃焼室の中の圧力に対応する計測信号を出力する筒内圧センサを含み、
前記制御部は、前記筒内圧センサの計測信号に基づいて前記自己着火による燃焼が生じたことを判断する、としてもよい。

ＳＰＣＣＩ燃焼は、前述したように、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が開始した後に、未燃混合気が自己着火により燃焼する形態である。ＳＰＣＣＩ燃焼において、火炎伝播を伴う燃焼中の圧力上昇率と、未燃混合気が自己着火による燃焼を開始した後の圧力上昇率と、は異なる。ＳＰＣＣＩ燃焼は通常、その燃焼の途中に、圧力上昇の変曲点が発生する。筒内圧センサが計測する燃焼室の中の圧力に基づいて、制御部は、自己着火による燃焼が生じたことを正確に判断できる。

前記制御部は、予め設定した進角限界を超えない範囲で、前記点火のタイミングを進角側へ変更する、としてもよい。

点火のタイミングを進角しすぎると、燃焼騒音が大きくなりすぎたり、異常燃焼の発生を招いたりする恐れがある。進角限界を超えない範囲で、点火のタイミングを進角側へ変更することにより、制御部は、燃焼騒音の増大を抑制できると共に、異常燃焼の発生を抑制できる。

尚、進角限界は、未燃混合気の自己着火が（確実に）生じる点火タイミングでかつ、燃焼騒音の増大を招かない限度で、設定をすればよい。

以上説明したように、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、エンジンを例示する構成図である。 図２は、エンジンの制御装置を例示するブロック図である。 図３は、ＳＰＣＣＩ燃焼時における、燃焼室の中の圧力の変化を例示する図である。 図４は、エンジンの制御マップを例示する図である。 図５は、同じオクタン価でかつ、エンジンの運転状態が異なる場合における、正規化したアシスト熱量と自己着火タイミングとの関係を例示する図である。 図６は、異なるオクタン価でかつ、エンジンの運転状態が異なる場合における、等価温度上昇量と充填効率との関係を例示する図である。 図７は、燃料のオクタン価を判定する判定装置の基本構成を例示するブロック図である。 図８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。 図９は、給油後のオクタン価の判定に適応した判定装置の構成を例示するブロック図である。 図１０は、給油後のオクタン価の判定に適応した判定手順を例示するフローチャートである。 図１１は、ＳＰＣＣＩ燃焼の頻度の判定に用いるマップの例である。 図１２は、進角限界を設定するマップの例である。

以下、エンジンの制御装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。ここで説明するエンジン、及び、制御装置は例示である。

図１は、エンジンを例示する図である。図２は、エンジンの制御装置を例示するブロック図である。

エンジン１は、燃焼室１７を有している。燃焼室１７は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程を繰り返す。エンジン１は、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、シリンダヘッド１３とを備えている。シリンダヘッド１３は、シリンダブロック１２の上に載置される。

シリンダブロック１２に、複数のシリンダ１１が形成されている。エンジン１は、多気筒エンジンである。図１では、一つのシリンダ１１のみを示す。

各シリンダ１１には、ピストン３が内挿されている。ピストン３は、コネクティングロッド１４を介してクランクシャフト１５に連結されている。ピストン３は、シリンダ１１の内部を往復動する。ピストン３、シリンダ１１及びシリンダヘッド１３は、燃焼室１７を形成する。尚、「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。

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燃焼による発熱及び／又は圧力上昇によって、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。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の温度を高める必要がない。エンジン１の幾何学的圧縮比は低い。幾何学的圧縮比が低いと、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、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発生す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、吸気ポート１８を開閉する。動弁機構は、吸気弁２１を所定のタイミングで開閉する。動弁機構は、バルブタイミング及び／又はバルブリフトを可変にする可変動弁機構としてもよい。図２に示すように、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の開弁角は変化しない。尚、動弁機構は、電動Ｓ－ＶＴに代えて、油圧式のＳ－ＶＴを有してもよい。

シリンダヘッド１３には、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、排気ポート１９を開閉する。動弁機構は、排気弁２２を所定のタイミングで開閉する。動弁機構は、バルブタイミング及び／又はバルブリフトを可変にする可変動弁機構としてもよい。図２に示すように、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の開弁角は変化しない。尚、動弁機構は、電動Ｓ－ＶＴに代えて、油圧式のＳ－ＶＴを有してもよい。

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調節することによって、内部ＥＧＲガスが燃焼室１７の中に導入される。

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、燃焼室１７の天井部（つまり、シリンダヘッド１３の下面）に配設されている。インジェクタ６は、詳細な図示は省略するが、複数の噴孔を有する多噴孔型である。

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、燃料を貯留する燃料タンク６３と、燃料供給路６２とを備えている。燃料供給路６２は、燃料タンク６３とインジェクタ６とを互いにつないでいる。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蓄える。コモンレール６４の中は高圧である。インジェクタ６は、コモンレール６４につながっている。インジェクタ６が開弁すると、コモンレール６４の中の高圧の燃料が、インジェクタ６の噴孔から燃焼室１７の中に噴射される。尚、燃料供給システム６１の構成は、前記の構成に限定されない。

シリンダヘッド１３には、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の電極は、燃焼室１７の中に臨んでいる。点火プラグ２５は、点火部の一例である。

エンジン１の一側面には吸気通路４０が接続されている。吸気通路４０は、各シリンダ１１の吸気ポート１８に連通している。燃焼室１７に導入する吸気のガスは、吸気通路４０の中を流れる。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。吸気通路４０の下流端の近くには、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毎に分岐している。

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、弁の開度が変わることによって、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に導入する吸気のガスの圧力を高める。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。過給機４４は、ルーツ式、リショルム式、ベーン式、又は遠心式である。

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、エンジン１から過給機４４へ駆動力を伝達する状態と、駆動力の伝達を遮断する状態とを切り替える。後述するＥＣＵ１０が電磁クラッチ４５に制御信号を出力することによって、過給機４４はオン又はオフになる。

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が圧縮した吸気のガスを冷却する。インタークーラー４６は、水冷式又は油冷式である。

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、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は、過給機４４及びインタークーラー４６をバイパスする。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がオフの場合に、エアバイパス弁４８を全開にする。吸気通路４０を流れる吸気のガスは、過給機４４及びインタークーラー４６をバイパスして、エンジン１の燃焼室１７に至る。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がオンの場合、エンジン１は過給状態で運転する。ＥＣＵ１０は、過給機４４がオンの場合に、エアバイパス弁４８の開度を調節する。過給機４４及びインタークーラー４６を通過した吸気のガスの一部は、バイパス通路４７を通って過給機４４の上流に戻る。ＥＣＵ１０がエアバイパス弁４８の開度を調節すると、燃焼室１７に導入する吸気のガスの圧力が変わる。尚、「過給」とは、サージタンク４２内の圧力が大気圧を超える状態をいい、「非過給」とは、サージタンク４２内の圧力が大気圧以下になる状態をいう、と定義してもよい。

エンジン１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、燃焼室１７内にスワール流を発生させる。スワールコントロール弁５６は、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、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、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、スワール流は発生しない。

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。燃焼室１７から排出された排気ガスは、排気通路５０の中を流れる。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毎に分岐している。

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ない。例えば、ＧＰＦは省略してもよい。また、触媒コンバーターは、三元触媒を有するものに限定されない。さらに、三元触媒及びＧＰＦの並び順は、適宜変更してもよい。

吸気通路４０と排気通路５０との間には、ＥＧＲ通路５２が接続されている。ＥＧＲ通路５２は、排気ガスの一部を吸気通路４０に還流させる通路である。ＥＧＲ通路５２の上流端は、排気通路５０における二つの触媒コンバーター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は、外部ＥＧＲガスの還流量を調節する。

（エンジンの制御装置の構成）
エンジンの制御装置は、ＥＣＵ（Engine Control Unit）１０を備えている。ＥＣＵ１０は、制御部の一例である。ＥＣＵ１０は、図２に示すように、マイクロコンピュータ１０１と、メモリ１０２と、Ｉ／Ｆ回路１０３と、を備えている。マイクロコンピュータ１０１は、プログラムを実行する。メモリ１０２は、プログラム及びデータを格納する。メモリ１０２は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）である。Ｉ／Ｆ回路１０３は、電気信号の入出力を行う。

ＥＣＵ１０には、図１及び図２に示すように、各種のセンサＳＷ１－ＳＷ１１が接続されている。センサＳＷ１－ＳＷ１１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は、吸気通路４０を流れる新気の流量を計測する。エアフローセンサＳＷ１は、吸気通路４０におけるエアクリーナー４１の下流に配置されている。第１吸気温度センサＳＷ２は、吸気通路４０を流れる新気の温度を計測する。第１吸気温度センサＳＷ２は、吸気通路４０におけるエアクリーナー４１の下流に配置されている。第２吸気温度センサＳＷ３は、燃焼室１７に導入される吸気のガスの温度を計測する。第２吸気温度センサＳＷ３は、サージタンク４２に取り付けられている。

吸気圧センサＳＷ４は、燃焼室１７に導入される吸気のガスの圧力を計測する。吸気圧センサＳＷ４は、サージタンク４２に取り付けられている。筒内圧センサＳＷ５は、各燃焼室１７内の圧力を計測する。筒内圧センサＳＷ５は、シリンダ１１毎に、シリンダヘッド１３に取り付けられている。水温センサＳＷ６は、冷却水の温度を計測する。水温センサＳＷ６は、エンジン１に取り付けられている。

クランク角センサＳＷ７は、クランクシャフト１５の回転角を計測する。クランク角センサＳＷ７は、エンジン１に取り付けられている。アクセル開度センサＳＷ８は、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。アクセル開度センサＳＷ８は、アクセルペダル機構に取り付けられている。吸気カム角センサＳＷ９は、吸気カムシャフトの回転角を計測する。吸気カム角センサＳＷ９は、エンジン１に取り付けられている。排気カム角センサＳＷ１０は、排気カムシャフトの回転角を計測する。排気カム角センサＳＷ１０は、エンジン１に取り付けられている。レベルセンサＳＷ１１は、燃料タンク６３に貯留する燃料の量を計測する。レベルセンサＳＷ１１は、燃料タンク６３に取り付けられている。

ＥＣＵ１０は、これらのセンサＳＷ１－ＳＷ１１の信号に基づいて、エンジン１の運転状態を判断する。ＥＣＵ１０はまた、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。

ＥＣＵ１００は、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、及び、スワールコントロール弁５６に出力する。

（ＳＰＣＣＩ燃焼のコンセプト）
エンジン１は、燃費の向上及び排出エミッション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。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。

図３は、ＳＰＣＣＩ燃焼時における、燃焼室１７内の圧力変化３０１を例示している。図３の横軸は、クランク角である。図３は、筒内圧センサＳＷ５の計測信号に相当する。ＳＰＣＣＩ燃焼は、次のような燃焼形態である。つまり、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燃焼を開始する。ＳＩ燃焼の開始後、（１）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、（２）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り、自己着火タイミングθｃｉにおいて未燃混合気が自己着火し、ＣＩ燃焼をする。ＳＰＣＣＩ燃焼における圧力波形は、ＳＩ燃焼による山に、ＣＩ燃焼による山が積み重なったような形状になる。圧力波形は、自己着火タイミングθｃｉにおいて変曲点を有する。筒内圧センサＳＷ５が燃焼室１７内の圧力波形を計測することにより、ＥＣＵ１０は、その圧力波形の形状に基づいて、混合気が自己着火してＳＰＣＣＩ燃焼が行われたか否かを判断できる。

ＳＩ燃焼の燃焼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できる。ＥＣＵ１０が点火タイミングを調節することによって、ＳＩ燃焼の燃焼量が調節される。ＥＣＵ１０が点火タイミングを調節すれば、混合気は目標のタイミングで自己着火する。ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼の燃焼量がＣＩ燃焼の開始タイミングをコントロールしている。

（エンジンの運転領域）
図４は、エンジン１の制御マップ４０１を例示している。制御マップ４０１は、ＥＣＵ１０のメモリ１０２に記憶されている。ＥＣＵ１０は、制御マップ４０１に基づいて、エンジン１を運転する。

制御マップ４０１は、エンジン１の負荷及びエンジン１の回転数によって規定されている。制御マップ４０１は、領域Ａ１、領域Ａ２、領域Ａ３、及び、領域Ａ４の四つの領域に分かれる。領域Ａ１は、Ｎａよりも回転数が高い領域である。領域Ａ２は、回転数がＮａ以下の領域のうち、負荷がＬａよりも低い領域である。領域Ａ３は、回転数がＮａ以下の領域のうち、負荷がＬａ以上の領域である。尚、Ｌａは、エンジン１の最高負荷の１／２負荷としてもよい。領域Ａ４は、領域Ａ２内において、低負荷低回転側の特定の領域である。領域Ａ４は、エンジン１の全運転領域において、低回転低負荷の特定領域に相当する。尚、ここでいう「低回転」は、エンジン１の全運転領域を低回転側と高回転側とに二等分した場合の、低回転側に対応する。「低負荷」は、エンジン１の全運転領域を低負荷側と高負荷側とに二等分した場合の、低負荷側に対応する。

エンジン１の負荷及び回転数によって定まる運転状態が、領域Ａ１内にある場合、ＥＣＵ１０は、ＳＩ燃焼を行うようにエンジン１を制御する。尚、混合気の空燃比は、理論空燃比又はほぼ理論空燃比である。混合気の空燃比は、三元触媒５１１及び５１３の浄化ウインドウに含まれればよい。尚、空燃比は、燃焼室１７の全体における平均の空燃比である。

エンジン１の運転状態が、領域Ａ２内にある場合、ＥＣＵ１０は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行うようにエンジン１を制御する。尚、混合気の空燃比は、理論空燃比又はほぼ理論空燃比である。また、エンジン１の運転状態が領域Ａ２内にある場合、過給機４４はオフである。エンジン１の運転状態が、領域Ａ３内にある場合、ＥＣＵ１０は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行うようにエンジン１を制御する。尚、混合気の空燃比は、理論空燃比又はほぼ理論空燃比である。また、エンジン１の運転状態が領域Ａ３内にある場合、過給機４４はオンである。

エンジン１の運転状態が、領域Ａ４内にある場合、ＥＣＵ１０は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行うようにエンジン１を制御する。尚、混合気の空燃比は、理論空燃比よりもリーンである。燃焼室１７の全体における平均の空燃比は、具体的には、３０以上４０以下である。エンジン１の運転状態が領域Ａ４内にある場合、過給機４４はオフである。また、エンジン１の運転状態が領域Ａ４内にある場合、ＥＣＵ１０はまた、吸気弁２１及び排気弁２２が共に開弁する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。これにより、燃焼室１７の中の温度が高くなる。エンジン１の負荷が低い領域Ａ４において、燃焼室１７の中の温度が高いことによりＳＰＣＣＩ燃焼のＣＩ燃焼が安定化する。

ＥＣＵ１０のメモリ１０２は、領域Ａ１、領域Ａ２、領域Ａ３、及び、領域Ａ４の各領域について定められた制御セットを記憶している。制御セットは、燃料の噴射タイミング、点火タイミング、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の開度のそれぞれに関する制御量を少なくとも含んでいる。ＥＣＵ１０は、各種のセンサＳＷ１－ＳＷ１１の計測信号に基づいて、エンジン１の運転状態を判断する。ＥＣＵ１０はまた、エンジン１の運転状態と制御マップ４０１とに基づいて、対応する制御セットに従って、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、及び、スワールコントロール弁５６を制御する。

このエンジン１はまた、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。メモリ１０２は、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、燃費及び排気エミッション性能が最適になるよう、設定されている。例えば第１制御セットの点火タイミングは、第２制御セットの点火タイミングよりも進角側に設定されている。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。

（燃料のオクタン価の判定ロジック）
次に、図５及び図６を参照しながら、燃料のオクタン価の判定ロジックについて説明をする。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。

ここで、点火プラグが混合気に点火をしたタイミングから未燃混合気が自己着火をしたタイミングまでに、燃焼室１７内で発生した熱量をアシスト熱量とする。ＳＰＣＣＩ燃焼において、未燃混合気は、アシスト熱量を受けて自己着火する。燃料のオクタン価が低いと、当該燃料は自己着火しやすいため、アシスト熱量は少ない。逆に、燃料のオクタン価が高いと、当該燃料は自己着火しにくいため、アシスト熱量は多い。アシスト熱量と燃料のオクタン価との間には、相関がある。

図５は、アシスト熱量Ｑｓａと自己着火タイミングθｃｉとの関係を示すグラフ５０１を例示している。グラフ５０１は、本願発明者らが、エンジン１の運転状態（つまり、エンジン１の負荷、及び、環境温度）を変えながら実験を行うことによって得られたグラフである。グラフ５０１は、使用燃料が低オクタン価燃料である場合のグラフである。

グラフ５０１の縦軸は、アシスト熱量Ｑｓａを、燃焼室１７内に導入したガス量で割った値である。燃焼室１７内に導入されるガス量は、エンジン１の運転状態に応じて変化する。エンジン１の負荷が高くなると、燃焼室１７内に導入されるガス量は増える。グラフ５０１の縦軸は、アシスト熱量Ｑｓａを、燃焼室１７内に導入されるガス量によって正規化している。

ＥＣＵ１０は、筒内圧センサＳＷ５の計測信号に基づいて燃焼室１７内で発生した熱量を算出できる。ＥＣＵ１０は、図３に示すように、筒内圧センサＳＷ５の計測信号に基づいて、点火プラグ２５が混合気に点火をしたタイミングから未燃混合気が自己着火をしたタイミングθｃｉまでに、燃焼室１７内で発生したアシスト熱量Ｑｓａを算出する。

グラフ５０１の横軸は、未燃混合気が自己着火したタイミングθｃｉである。未燃混合気が自己着火すると、圧力変化（ｄＰ／ｄθ）が変わる。ＥＣＵ１０は、筒内圧センサＳＷ５の計測信号に基づいて、自己着火タイミングθｃｉを特定できる。

また、前述したように、ＥＣＵ１０は、筒内圧センサＳＷ５の計測信号に基づいて、混合気が自己着火してＳＰＣＣＩ燃焼が発生したことを把握できる。

グラフ５０１の丸は、エンジン１が運転する環境温度が標準でかつ、充填効率Ｃｅが最大の場合の計測値であり、グラフ５０１の三角は、環境温度が標準でかつ、充填効率Ｃｅが大の場合の計測値であり、グラフ５０１のひし形は、環境温度が標準でかつ、充填効率Ｃｅが小の場合の計測値である。また、グラフ５０１の四角は、環境温度が、標準よりも高い酷暑でかつ、充填効率Ｃｅが大の場合の計測値であり、グラフ５０１の逆三角は、環境温度が酷暑でかつ、充填効率Ｃｅが小の場合の計測値である。

グラフ５０１において直線５０１１－５０１５で示すように、正規化されたアシスト熱量Ｑｓａと自己着火タイミングθｃｉとの間には相関がある。つまり、各直線５０１１－５０１５は全て、右上がりである。アシスト熱量Ｑｓａが多いと、自己着火タイミングθｃｉが遅角し、アシスト熱量Ｑｓａが少ないと、自己着火タイミングθｃｉが進角する。また、その相関関係は、エンジン１の運転状態毎に成立する。つまり、直線５０１１－５０１５は、エンジン１の運転状態毎に異なる。

ここで、環境温度の高低について比較をする。環境温度が高い場合（直線５０１４）は、環境温度が低い場合（直線５０１５）に比べて、アシスト熱量Ｑｓａは小さい。環境温度が高いと、燃焼室１７の中に導入される吸気の温度が高い。吸気温度が高いと、燃焼室１７の中の温度が高くなって未燃混合気が自己着火しやすい。このため、吸気温度が高いと、アシスト熱量Ｑｓａは小さい。

次に、充填効率Ｃｅの大小について比較をする。充填効率Ｃｅが大きい場合、つまり、エンジン１のトルクが大きい場合（直線５０１１、５０１２）は、充填効率Ｃｅが小さい場合、つまり、エンジン１のトルクが小さい場合（直線５０１５）に比べて、アシスト熱量Ｑｓａは小さい。燃焼室１７の中に導入する空気量が多いと、当該空気の圧縮に伴い、燃焼室１７の中の温度が、より高くなる。燃焼室１７の中の温度が高くなると、未燃混合気は自己着火しやすい。そのため、充填効率Ｃｅが大きいと、アシスト熱量Ｑｓａは小さい。

グラフ５０１において、各運転状態におけるアシスト熱量Ｑｓａと自己着火タイミングθｃｉとの計測値を直線の統計モデルによって表現すると共に、当該直線の、特定クランク角（特定ＣＡ、例えば１５°ＡＴＤＣ）における切片を、各運転状態におけるモデルの代表値と定める。以下において、この代表値を、「等価温度上昇量（Ｑｓａ（特定ＣＡ）／筒内ガス量）」と呼ぶ。

図５のグラフ５０１は、前述したように、使用燃料が低オクタン価燃料である場合の、正規化したアシスト熱量Ｑｓａと自己着火タイミングθｃｉとの関係を例示している。図示は省略するが、本願発明者らは、使用燃料が高オクタン価燃料である場合も同様に、エンジン１の運転状態毎に、正規化したアシスト熱量Ｑｓａと自己着火タイミングθｃｉとの相関関係が成立することを確認した。

図６は、グラフ５０１等に基づいて作成されるグラフ６０１を例示している。グラフ６０１の縦軸は、前述した等価温度上昇量（Ｑｓａ（特定ＣＡ）／筒内ガス量）である。グラフ６０１の横軸は、充填効率Ｃｅである。グラフ６０１は、エンジン１のさまざまな運転状態のデータを含んでいる。グラフ６０１はまた、使用燃料が高オクタン価燃料である場合のデータと、使用燃料が低オクタン価燃料である場合のデータとを含んでいる。

グラフ６０１の黒丸は、使用燃料が高オクタン価燃料でかつ、環境温度が標準の場合のデータであり、グラフ６０１の四角は、使用燃料が高オクタン価燃料でかつ、環境温度が酷暑の場合のデータである。グラフ６０１の白丸は、使用燃料が低オクタン価燃料でかつ、環境温度が標準の場合の結果であり、グラフ６０１の三角は、使用燃料が低オクタン価燃料でかつ、環境温度が酷暑の場合のデータである。グラフ６０１のバツ印は、使用燃料が高オクタン価燃料の場合に、高オクタン価燃料に対応する第１制御セットによって、エンジン１の運転を制御した場合のデータである。

グラフ６０１において曲線６０１１－６０１４で示すように、等価温度上昇量（Ｑｓａ（特定ＣＡ）／筒内ガス量）と充填効率Ｃｅとの間には相関がある。つまり、充填効率Ｃｅが高いと、空気の圧縮に伴い燃焼室１７の中の温度が大きく上昇するから、等価温度上昇量は小さくなり、逆に、充填効率Ｃｅが低いと、等価温度上昇量が大きくなる。曲線６０１１－６０１４は全て、右下がりになる。また、高オクタン価燃料の使用時の曲線６０１１、６０１２と、低オクタン価燃料の使用時の曲線６０１３、６０１４とは相違する。同一の充填効率Ｃｅで比較した場合に、高オクタン価燃料の使用時は、低オクタン価燃料の使用時よりも、未燃混合気が自己着火しにくいため、等価温度上昇量は大きい。

また、等価温度上昇量と充填効率との相関関係は、環境温度毎に成立する。つまり、同一の充填効率Ｃｅで、酷暑時の曲線６０１２、６０１４と、標準時の曲線６０１１、６０１３とを比較した場合に、酷暑時は燃焼室１７の中の温度がより高くなるため、標準時よりも、等価温度上昇量が小さい。

グラフ６０１に示すように、使用燃料が高オクタン価燃料の場合の曲線６０１１、６０１２と、使用燃料が低オクタン価燃料の場合の曲線６０１３、６０１４とは異なる。そこで、エンジン１がＳＰＣＣＩ燃焼を行っている場合に、ＥＣＵ１０が、各種センサＳＷ１－ＳＷ１１の計測信号に基づいて、等価温度上昇量（Ｑｓａ（特定ＣＡ）／筒内ガス量））と、充填効率Ｃｅとを算出すると共に、グラフ６０１において、算出した等価温度上昇量（Ｑｓａ（特定ＣＡ）／筒内ガス量））と充填効率Ｃｅとの点が、どこにプロットできるか、に基づいて、ＥＣＵ１０は、燃料のオクタン価を判定することができる。

つまり、算出した等価温度上昇量（Ｑｓａ（特定ＣＡ）／筒内ガス量））と充填効率Ｃｅとの点が、例えば曲線６０１１の上に載れば、ＥＣＵ１０は、使用燃料が高オクタン価燃料であると判断できる。また、算出した等価温度上昇量（Ｑｓａ（特定ＣＡ）／筒内ガス量））と充填効率Ｃｅとの点が、例えば曲線６０１３の上に載れば、ＥＣＵ１０は、使用燃料が低オクタン価燃料であると判断できる。

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、又は、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と、燃料のオクタン価は、高オクタン価燃料と低オクタン価燃料との中間のオクタン価になる。この場合、等価温度上昇量（Ｑｓａ（特定ＣＡ）／筒内ガス量））と充填効率Ｃｅとの点は、グラフ６０１における曲線と曲線との間にプロットされる。ＥＣＵ１０は、線形補間によって、燃料のオクタン価、つまり、中間のオクタン価を判定することができる。

（オクタン価判定の手順）
図７は、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。判定装置は、アシスト熱量算出部１０５、フィッティング部１０６、等価温度上昇量算出部１０７、自着火特性算出部１０８、オクタン価判定部１０９、制御セット選択部１１０を備えている。これらの各部は、ＥＣＵ１０の機能ブロックである。判定装置は、エンジン１の運転中に、オクタン価の判定を逐次行う。

アシスト熱量算出部１０５は、前述したアシスト熱量Ｑｓａを算出する。アシスト熱量算出部１０５は、筒内圧センサＳＷ５を含む各種センサＳＷ１－ＳＷ１１の計測信号に基づいて、アシスト熱量Ｑｓａを算出する（図３も参照）。アシスト熱量算出部１０５は、燃焼室１７の中で燃焼が行われる度にアシスト熱量Ｑｓａを算出する。

フィッティング部１０６は、アシスト熱量算出部１０５が算出したアシスト熱量Ｑｓａと、自着火タイミングθｃｉとの関係から、図５に示した統計モデルの直線を定める。具体的に、フィッティング部１０６は、符号１１１のグラフに例示するように、縦軸を正規化したアシスト熱量Ｑｓａとし、横軸を自己着火タイミングθｃｉとした平面上に、アシスト熱量算出部１０５が算出したアシスト熱量Ｑｓａと自着火タイミングθｃｉとの関係を示す複数の点をプロットする（グラフ１１１の黒丸参照）。フィッティング部１０６は、プロットした複数の点に基づいて、直線、つまり、統計モデルを定める。フィッティング部１０６は、例えば最小二乗法により直線を定めてもよい。尚、直線の傾きを所定の傾きに固定しておき、フィッティング部１０６は、直線の切片のみを定めてもよい。こうすることで、フィッティング部１０６の演算量が少なくなる。

等価温度上昇量算出部１０７は、フィッティング部１０６が定めた直線に基づいて、特定ＣＡの切片である等価温度上昇量（Ｑｓａ（特定ＣＡ）／筒内ガス量）を算出する（グラフ１１１の白丸参照）。具体的に等価温度上昇量算出部１０７は、フィッティング部１０６が定めた直線と、特定ＣＡの縦線との交点を算出する。

自着火特性算出部１０８は、等価温度上昇量算出部１０７が算出した等価温度上昇量と、メモリ１０２に記憶しているマップ１１２とに基づいて、自着火特性を算出する。マップ１１２は、図６に示すグラフ６０１を９０°だけ反時計回りに回転させたものである。マップ１１２は、当該エンジン１について実験またはシミュレーションを行うことにより予め作成されかつ、メモリ１０２に記憶されている。マップ１１２は、使用燃料が高オクタン価燃料でかつ、エンジン１の環境温度が標準条件である場合の第１特性線と、使用燃料が低オクタン価燃料でかつ、エンジン１の環境温度が酷暑条件である場合の第２特性線と、を含んでいる。第１特性線は、混合気が最も自己着火しにくい場合に相当し、第２特性線は、混合気が最も自己着火しやすい場合に相当する。

自着火特性算出部１０８は、等価温度上昇量算出部１０７が算出した等価温度上昇量と、充填効率Ｃｅとの関係を示す点をマップ１１２にプロットし（マップ１１２の黒丸参照）、当該点を通る曲線を算出する（マップ１１２の破線参照）。自着火特性算出部１０８が算出した自着火特性の曲線は、第１特性線から第２特性線までの間に定まる。自着火特性算出部１０８が算出した自着火特性の曲線は、第１特性線に一致する場合、及び、第２特性線に一致する場合もある。

オクタン価判定部１０９は、自着火特性算出部１０８が算出した自着火特性の曲線に基づいて、燃料のオクタン価を判定する。より詳細に、オクタン価判定部１０９は、自着火特性算出部１０８が算出した自着火特性の曲線に基づいて、燃料のオクタン価を推定する。オクタン価判定部１０９はまた、今回推定したオクタン価を、メモリ１０２に記憶しているオクタン価に反映させることにより、メモリ１０２に記憶するオクタン価を更新する。オクタン価判定部１０９は、エンジン１がＳＰＣＣＩ燃焼を行っている間は、オクタン価の更新を逐次行う。

先ず、オクタン価判定部１０９によるオクタン価の推定について説明する。オクタン価判定部１０９は、自着火特性算出部１０８が算出した自着火特性の曲線が、第１特性線に一致する場合は、使用燃料は、高オクタン価であると推定する。オクタン価判定部１０９は、自着火特性算出部１０８が算出した自着火特性の曲線が、第２特性線に一致する場合は、使用燃料は、低オクタン価であると推定する。

オクタン価判定部１０９は、自着火特性算出部１０８が算出した自着火特性の曲線が、図７に破線で例示するように、第１特性線と第２特性線との間に位置する場合は、燃料のオクタン価を線形補間により算出する（図７の矢印参照）。この場合、オクタン価判定部１０９は、使用燃料は、高オクタン価と低オクタン価との中間のオクタン価であると推定する。

ここで、オクタン価判定部１０９は、オクタン価の推定の際に、温度補正を行う。つまり、吸気温度が高い場合、及び／又は、エンジン１の水温が高い場合は、燃焼室１７の中のガスの温度が高くなるため、混合気は自着火しやすい。この場合、燃料のオクタン価が、見かけ上、低くなる。オクタン価判定部１０９は、吸気温度、及び／又は、エンジン１の水温に基づいて、推定したオクタン価を補正する。具体的に、吸気温度、及び／又は、エンジン１の水温が高いと、オクタン価判定部１０９は、推定したオクタン価が高くなるように補正する。吸気温度、及び／又は、エンジン１の水温が低いと、オクタン価判定部１０９は、推定したオクタン価が低くなるように補正する。

尚、オクタン価判定部１０９が、吸気温度、及び／又は、エンジン１の水温に基づいて推定したオクタン価を補正する代わりに、自着火特性算出部１０８が、吸気温度、及び／又は、エンジン１の水温に基づいて、自着火特性を補正してもよい。

オクタン価判定部１０９は、オクタン価を推定すれば、推定したオクタン価に一次遅れフィルタによるフィルタ処理を行って、オクタン価を更新する。メモリ１０２は、更新されたオクタン価を記憶する。フィルタ処理を行うことによって、メモリ１０２に記憶されるオクタン価の値が大きく変動することが抑制される。エンジン１におけるＳＰＣＣＩ燃焼の安定化に有利である。

制御セット選択部１１０は、オクタン価判定部１０９が更新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１１０は、更新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、更新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。

尚、制御セット選択部１１０は、更新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。

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の燃料噴射タイミング、点火プラグ２５の点火タイミング、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、燃費及び排気エミッション性能が最適になる。また、使用燃料のオクタン価にかかわらず、エンジン１は、燃焼騒音を抑制できる。

図８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。図８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Ｓ１において、ＥＣＵ１０は、メモリ１０２に記憶されているオクタン価に基づいて、対応する制御セットを選択し、エンジン１の運転を制御する。

続くステップＳ２において、ＥＣＵ１０は、筒内圧センサＳＷ５からの計測信号、つまり、燃焼室１７の中の圧力波形の情報を取得する。

ステップＳ３においてＥＣＵ１０は、図３に例示する圧力波形に基づいて、自己着火タイミングθｃｉを算出し、続くステップＳ４において、ＥＣＵ１０は、圧力波形に基づいて、ＳＰＣＣＩ燃焼が行われたか否かを判断する。ステップＳ４の判断がＹＥＳの場合、プロセスはステップＳ５に進み、ＮＯの場合、プロセスはリターンする。燃料のオクタン価の判定は、ＳＰＣＣＩ燃焼時のみ、実行可能である。

ＥＣＵ１０はまた、エンジン１の運転状態が、領域Ａ２又は領域Ａ３にある場合に、燃料のオクタン価の判定を行ってもよい（図４参照）。ＥＣＵ１０は、エンジン１の運転状態が、領域Ａ４にある場合、換言すると、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンである場合は、燃料のオクタン価の判定を行わない。こうすることでＥＣＵ１０は、燃料のオクタン価を精度良く判定できる。

ステップＳ５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。図６に例示するように、等価温度上昇量と充填効率との関係において、充填効率Ｃｅが低いと、曲線６０１１－６０１４が互いに近づいてしまう。この場合、ＥＣＵ１０は、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Ｓ５の判断がＹＥＳの場合、プロセスはステップＳ６に進み、ステップＳ５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Ｓ６において、ＥＣＵ１０は、前述したように、筒内圧センサＳＷ５の計測信号に基づいて、アシスト熱量Ｑｓａを算出する。続くステップＳ７において、ＥＣＵ１０は、算出されたアシスト熱量Ｑｓａと、自着火タイミングθｃｉとの関係を示す複数の点に基づいて、直線の統計モデルを定める（図７のグラフ１１１参照）。つまり、ＥＣＵ１０は、複数の点に対して直線をフィットさせる。

ステップＳ８においてＥＣＵ１０は、ステップＳ７で定めた直線の統計モデルに基づいて、当該直線の、特定ＣＡにおける切片である等価温度上昇量を算出する。そして、ステップＳ９においてＥＣＵ１０は、算出した等価温度上昇量と、メモリ１０２が記憶しているマップ１１２とに基づいて、自着火特性を算出すると共に、自着火特性から、燃料のオクタン価を推定する（ステップＳ１０）。ステップＳ１１においてＥＣＵ１０は、推定したオクタン価にフィルタ処理を行って、メモリ１０２に記憶するオクタン価を更新する。ステップＳ１２においてＥＣＵ１０は、更新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、燃焼に関係する燃焼パラメータに基づいて、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。また、ＥＣＵ１０は、エンジン１の運転中に、使用燃料のオクタン価を逐次、判定できる。

また、ＥＣＵ１０は、図６に示すように、燃焼室１７の中に導入する空気量（つまり、充填効率Ｃｅ）と算出したアシスト熱量（つまり、等価温度上昇量（Ｑｓａ（特定ＣＡ）／筒内ガス量））との関係に基づいて、燃料のオクタン価を判定する。このことによって、ＥＣＵ１０は、使用燃料のオクタン価を、精度良く判定できる。

また、ＥＣＵ１０は、燃焼室１７の中に導入される吸気温度に基づいて、燃料のオクタン価を補正するため、ＥＣＵ１０は、使用燃料のオクタン価を、より精度良く判定できる。

また、ＥＣＵ１０は、エンジン１の冷却水の温度に基づいて、使用燃料のオクタン価を補正するため、ＥＣＵ１０は、使用燃料のオクタン価を、より精度良く判定できる。

尚、ＥＣＵ１０は、燃焼室１７の中に導入するＥＧＲガス量に基づいて、使用燃料のオクタン価を補正してもよい。ＥＧＲガスが多いと、燃焼室１７の中の温度が高くなるから、未燃混合気は自己着火しやすい。ＥＧＲガスの導入割合に基づいて、使用燃料のオクタン価を補正すれば、ＥＣＵ１０は、使用燃料のオクタン価を、より精度良く判定できる。

また、エンジン１の負荷が下限負荷よりも低い場合に、ＥＣＵ１０は、使用燃料のオクタン価の判定を禁止することにより、ＥＣＵ１０は、使用燃料のオクタン価の誤判定を抑制できる。

（オクタン価の判定を速やかに行うための構成）
前述したように、ＥＣＵ１０は、混合気がＳＰＣＣＩ燃焼すれば、燃料のオクタン価を判定できる。言い換えると、ＥＣＵ１０は、混合気がＳＰＣＣＩ燃焼をしない場合は、燃料のオクタン価を判定できない。

ここで、燃料タンク６３内の燃料のオクタン価が、低オクタン価から高オクタン価へ変化した場合を考える。例えば、低オクタン価の燃料を貯留している燃料タンク６３に、高オクタン価の燃料が給油されると、燃料のオクタン価は、低から高へ変化する。

燃料タンク６３内の燃料のオクタン価が低い間、ＥＣＵ１０は、点火のタイミングを、低いオクタン価に応じて遅角側に設定している。この状態で、燃料のオクタン価が、低オクタン価から高オクタン価へ変化すると、点火のタイミングが遅角側に設定されているため、相対的に着火しにくい高オクタン価燃料の混合気は自己着火しない、又は、自己着火しにくい。つまり、エンジン１はＳＰＣＣＩ燃焼しない。ＥＣＵ１０は、燃料のオクタン価を判定できない。オクタン価の判定ができないと、点火のタイミングが、低オクタン価の燃料に対応した遅角側のタイミングに維持されてしまい、オクタン価の判定が、さらに遅れてしまう。

このエンジン１の制御装置は、給油後に、オクタン価の判定を速やかに行うように構成されている。具体的に図９は、給油後のオクタン価の判定に適応した判定装置の構成を例示している。判定装置は、頻度判定部１２１と、進角限界設定部１２２と、点火進角部１２３と、オクタン価判定部１０９とを備えている。オクタン価判定部１０９は、図７に示すオクタン価判定部１０９に対応する。

頻度判定部１２１は、混合気が自己着火をした頻度を判定する。換言すると、頻度判定部１２１は、混合気が自己着火をしてＳＰＣＣＩ燃焼が行われた頻度を判定する。頻度判定部１２１は、筒内圧センサＳＷ５の計測信号に基づいて、混合気が自己着火をしたか否かを判断する。ＳＰＣＣＩ燃焼が行われた頻度は、全燃焼サイクル数に対する、ＳＰＣＣＩ燃焼が行われた回数の割合である。

頻度判定部１２１はまた、メモリ１０２に記憶されているマップに基づいて、その頻度が予め設定した閾値を下回るか否かを判断する。図１１は、マップ１１０１の一例である。マップ１１０１は、エンジン１の負荷及び回転数によって規定される運転領域に基づいて設定されている。具体的にマップ１１０１は、前述したＳＰＣＣＩ燃焼を行う領域Ａ２及びＡ３について、運転状態毎に、閾値を定めている。より詳細に、マップ１１０１においては、回転数が低い場合は、頻度の閾値が、０．２（２０％）であり、中回転の高負荷の場合は、頻度の閾値が、０．３（３０％）であり、中回転の低負荷の場合は、頻度の閾値が、０．１（１０％）である。尚、図１１の数字は一例である。

頻度判定部１２１は、エンジン１の運転状態に基づいて、ＳＰＣＣＩ燃焼が行われた頻度が、設定された閾値を下回る場合、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う運転領域において、ＳＰＣＣＩ燃焼が行われていないと判断する。頻度判定部１２１は、エンジン１の運転状態に基づいて、ＳＰＣＣＩ燃焼が行われた頻度が、設定された閾値以上の場合、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う運転領域において、ＳＰＣＣＩ燃焼が行われていると判断する。

燃焼室１７内の状態（例えば、温度、圧力、ガス流動等の状態を含む）が、サイクル毎にばらつくことに起因して、設定された点火タイミングと燃料のオクタン価とが対応していても、火炎伝播による燃焼が開始した後に、自己着火による燃焼が生じないこともあり得る。頻度判定部１２１が自己着火による燃焼の頻度を判断すると共に、その頻度が予め設定した閾値を下回る場合に、自己着火による燃焼が生じていないと判断する。頻度を判断基準にすることにより、ＥＣＵ１０は、燃焼室１７内の状態のばらつきを考慮して、エンジン１がＳＰＣＣＩ燃焼を行っていないことを、的確に判断できる。

また、エンジン１の運転状態に応じて、燃焼室１７内の状態のばらつき度合いが変わると共に、自己着火による燃焼の頻度も変化する。閾値をエンジン１の運転状態毎に設定することで、ＥＣＵ１０は、エンジン１がＳＰＣＣＩ燃焼を行っているか否かを、より適切に判断できる。

点火進角部１２３は、頻度判定部１２１が、ＳＰＣＣＩ燃焼が行われていないと判断した場合に、設定されている点火のタイミングを進角させる。点火のタイミングを進角させることにより、ＳＩ燃焼の開始が早まるため、混合気は自己着火しやすくなる。つまり、エンジン１がＳＰＣＣＩ燃焼を行って、ＥＣＵ１０は燃料のオクタン価を判断できる。

後述するように、点火進角部１２３は、エンジン１がＳＰＣＣＩ燃焼を行うようになるまで、点火のタイミングの進角を繰り返す。点火タイミングの、一回当たりの進角幅を比較的大きくすると、ＥＣＵ１０は、燃料のオクタン価を速やかに判断できる。進角幅は、燃焼騒音が大きくなりすぎない限度で設定される。

進角限界設定部１２２は、点火タイミングの進角限界を設定する。進角限界設定部１２２は、メモリ１０２に記憶されているマップ１２０１に基づいて、エンジン１の運転状態に応じて、進角限界を設定する。図１２は、進角限界のマップ１２０１の一例を示している。マップ１２０１のＳＰＣＣＩ燃焼を行う領域Ａ２及びＡ３において、低負荷の場合は、進角限界が大に設定され、中負荷の場合は、進角限界が中に設定され、高負荷の場合は、進角限界が小に設定される。ここで、「大」は、進角限界が最も進角側に設定されることを意味し、「小」は、進角限界が最も遅角側に設定されることを意味し、「中」は、進角限界がその中間に設定されることを意味する。エンジン１の負荷が高い場合に、点火のタイミングを進角させ過ぎると、燃焼騒音の増大、及び／又は、異常燃焼の発生を招く恐れがある。そのため、エンジン１の負荷が高いほど、点火タイミングの進角量が制限される。

点火進角部１２３が点火のタイミングを進角することによって、ＳＰＣＣＩ燃焼が行われると、オクタン価判定部１０９は、前述したように、アシスト熱量Ｑｓａと、自着火タイミングθｃｉとに基づいて、燃料のオクタン価を判定する（図８参照）。オクタン価判定部１０９が燃料のオクタン価を判定すれば、前記の制御セット選択部１１０は、判定されたオクタン価に基づいて、対応する制御セットを選択できる。この場合、設定される点火タイミングと、燃料のオクタン価とが対応するため、エンジン１は、ＳＰＣＣＩ燃焼を、安定的に行う。

図１０は、給油後のオクタン価の判定に関して、ＥＣＵ１０が実行するフローチャートを例示している。先ずスタート後のステップＳ１０１において、ＥＣＵ１０は、現在のオクタン価、つまり、メモリ１０２に記憶しているオクタン価と、当該オクタン価に対応する点火タイミングに基づいて、エンジン１の制御を実行する。続くステップＳ１０２において、ＥＣＵ１０は、筒内圧センサＳＷ５からの圧力データを取得し、ステップＳ１０３において、その圧力波形から自着火タイミングθｃｉを算出する。つまり、ＥＣＵ１０は、圧力波形に基づいてＳＰＣＣＩ燃焼が行われたか否かを判断する。ステップＳ１０４において、ＥＣＵ１０は、ＳＰＣＣＩ燃焼の発生頻度を算出する。

ステップＳ１０５において、ＥＣＵ１０は、算出した発生頻度が、エンジン１の運転状態に対応する閾値以上であるか否かを判断する。ステップＳ１０５の判断がＹＥＳの場合、プロセスはステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０５の判断がＮＯの場合、プロセスはステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０６において、ＥＣＵ１０は、点火タイミングの進角量が、エンジン１の運転状態に対応する進角限界未満であるか否かを判断する。ステップＳ１０６の判断がＹＥＳの場合、プロセスはステップＳ１０８に進む。ステップＳ１０６の判断がＮＯの場合、プロセスはリターンする。尚、点火タイミングを進角限界まで進角させれば、エンジン１に何らかの異常が発生していない限り、ＳＰＣＣＩ燃焼が行われる。

ステップＳ１０８においてＥＣＵ１０は、予め定めた所定量だけ、点火のタイミングを進角させる。その後にプロセスは、リターンする。点火タイミングを進角させれば、混合気は自着火しやすい。その結果、ＳＰＣＣＩ燃焼の頻度が閾値以上になれば、ステップＳ１０５の判断がＹＥＳになる。ＳＰＣＣＩ燃焼の頻度が閾値以上になるまで、ステップＳ１０８において、点火タイミングが進角される。

そして、ステップＳ１０７において、ＥＣＵ１０は、ＳＰＣＣＩ燃焼のアシスト熱量Ｑｓａと、自己着火タイミングθｃｉとに基づいて、燃料のオクタン価を判定する。使用燃料のオクタン価を判定すれば、ＥＣＵ１０は、前述したように、オクタン価に対応する制御セットを選択する。給油後に使用燃料のオクタン価が高ければ、ＥＣＵ１０は、第１制御セットを選択する。第１制御セットは、点火タイミングが相対的に進角側に設定されているため、エンジン１は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行うようになる。

こうして、燃料タンク６３に給油がされて、使用燃料のオクタン価が高くなった後、ＥＣＵ１０が、低オクタン価燃料に対応する第２制御セットから、高オクタン価燃料に対応する第１制御セットを選択し直せば、ＳＰＣＣＩ燃焼が安定的に行われるため、ステップＳ１０４の判断がＹＥＳになる。この場合、ステップＳ１０６の点火タイミングの進角は行われない。

また、燃料タンク６３に給油がされて、使用燃料のオクタン価が低くなった場合、高オクタン価燃料に対応する第１制御セットが選択されているため、混合気は自着火しやすい。そのため、ＥＣＵ１０は、使用燃料のオクタン価の判定を速やかに実行することができる。この場合、給油後の、ステップＳ１０６の点火タイミングの進角は行われない。ＥＣＵ１０は、高オクタン価燃料に対応する第１制御セットから、低オクタン価燃料に対応する第２制御セットを選択し直すため、ＳＰＣＣＩ燃焼が安定的に行われる。

尚、ここに開示するエンジンの制御装置は、前述した構成のエンジン１への適用に限定されない。ここに開示するエンジンの制御装置は、ＳＰＣＣＩ燃焼が可能な、様々な構成のエンジンに適用可能である。

１ エンジン
１０ ＥＣＵ（制御部）
１１ シリンダ
１７ 燃焼室
２５ 点火プラグ（点火部）
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）
６３ 燃料タンク
ＳＷ５ 筒内圧センサ（計測部）

Claims (6)

1. 燃焼室を形成するシリンダを有するエンジンと、
   燃料タンク内の燃料を前記燃焼室の中へ供給する燃料供給部と、
   前記エンジンに取り付けられかつ、前記燃焼室の中の混合気に点火する点火部と、
   前記エンジンに関係するパラメータの計測信号を出力する計測部と、
   前記計測信号を受けると共に、前記燃料供給部及び前記点火部に制御信号を出力する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記点火部に、所定のタイミングで前記混合気に点火させ、それによって、前記エンジンは、一部の混合気が火炎伝播を伴う燃焼を開始し、その後、残りの未燃混合気が自己着火により燃焼する部分自己着火燃焼を行い、
   前記制御部は、前記計測信号を受けて、前記点火部が点火をしたタイミングから前記未燃混合気が自己着火をしたタイミングまでに、前記燃焼室内で発生した熱量を算出すると共に、算出した熱量に基づいて前記燃料のオクタン価を判定し、
   前記制御部は、判定した燃料のオクタン価に応じて、点火のタイミングを設定し、
   前記制御部は、前記計測信号に基づいて、前記自己着火による燃焼が生じていないと判断した場合は、前記点火のタイミングを進角側へ変更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、
   前記エンジンは、前記エンジンの運転状態が特定運転領域にある場合に、前記部分自己着火燃焼を行い、
   前記制御部は、前記エンジンの運転状態が前記特定運転領域にある場合であって、前記自己着火による燃焼が生じていないと判断した場合は、前記点火のタイミングを進角側へ変更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、
   前記制御部は、前記計測信号に基づいて、前記自己着火による燃焼の頻度を判断すると共に、前記頻度が予め設定した閾値を下回る場合に、前記自己着火による燃焼が生じていないと判断するエンジンの制御装置。
4. 請求項３に記載のエンジンの制御装置において、
   前記閾値は、前記エンジンの運転状態毎に定められてい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、
   前記計測部は、前記燃焼室の中の圧力に対応する計測信号を出力する筒内圧センサを含み、
   前記制御部は、前記筒内圧センサの計測信号に基づいて前記自己着火による燃焼が生じたことを判断するエンジンの制御装置。
6. 請求項１～５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、予め設定した進角限界を超えない範囲で、前記点火のタイミングを進角側へ変更するエンジンの制御装置。
   

Images