特開 2020-101163 エンジンの燃焼制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2020-101163(P2020-101163A)

(43)【公開日】2020年7月2日

(54)【発明の名称】エンジンの燃焼制御装置

(51)【国際特許分類】

   F02D 45/00 20060101AFI20200605BHJP

   F02D 41/04 20060101ALI20200605BHJP

【ＦＩ】

   F02D45/00 368S

   F02D45/00 345Z

   F02D41/04 380J

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2018-241490(P2018-241490)

(22)【出願日】2018年12月25日

(71)【出願人】

【識別番号】000003137

【氏名又は名称】マツダ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】特許業務法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】増田 雄太

(72)【発明者】

【氏名】東尾 理克

(72)【発明者】

【氏名】砂流 雄剛

(72)【発明者】

【氏名】氏原 健幸

【テーマコード（参考）】

3G301

3G384

【Ｆターム（参考）】

3G301HA13

3G301HA17

3G301HA19

3G301JA16

3G301MA11

3G301MA18

3G301NC02

3G301NE17

3G301PA01Z

3G301PA07Z

3G301PA10Z

3G301PB08Z

3G301PC01Z

3G301PD03Z

3G301PD04B

3G301PD11Z

3G301PD15Z

3G301PE08Z

3G301PE10Z

3G301PF03Z

3G384AA02

3G384BA07

3G384BA13

3G384BA18

3G384BA21

3G384BA24

3G384BA26

3G384BA52

3G384DA42

3G384EB17

3G384EE31

3G384FA01Z

3G384FA06Z

3G384FA08Z

3G384FA15Z

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3G384FA40Z

3G384FA42Z

3G384FA45Z

3G384FA48Z

3G384FA49Z

3G384FA86Z

(57)【要約】

【課題】筒内圧センサの信頼性を判断する。
【解決手段】エンジンの燃焼制御装置は、少なくとも一つの燃料噴射部（インジェクタ６）と、燃焼室１７内の圧力変化に対応する計測信号を出力する筒内圧センサＳＷ６と、少なくとも筒内圧センサの計測信号に基づいて、燃料噴射部に制御信号を出力する制御部（ＥＣＵ１０）と、を備える。制御部は、筒内圧センサの計測信号に基づいて、燃焼室内における燃焼圧（Ｐｍｉ）と、質量燃焼割合が所定割合となるクランク角位置（ｍｆｂ５０）と、低位発熱量（Ｑｅｎｄ）と、を算出すると共に、制御部は、燃焼圧、クランク角位置、及び、低位発熱量に基づいて、筒内圧センサの計測信号の信頼性を判断する。
【選択図】図７

【特許請求の範囲】

【請求項1】

自動車に搭載されたエンジンの燃焼室内に供給する燃料を噴射する、少なくとも一つの燃料噴射部と、
前記燃焼室内の圧力変化に対応する計測信号を出力する筒内圧センサと、
少なくとも前記筒内圧センサの計測信号に基づいて、前記燃料噴射部に制御信号を出力する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記筒内圧センサの計測信号に基づいて、前記燃焼室内における燃焼圧と、質量燃焼割合が所定割合となるクランク角位置と、低位発熱量と、を算出すると共に、
前記制御部は、前記燃焼圧、前記クランク角位置、及び、前記低位発熱量に基づいて、前記筒内圧センサの計測信号の信頼性を判断するエンジンの燃焼制御装置。

【請求項2】

請求項１に記載のエンジンの燃焼制御装置において、
前記制御部は、前記筒内圧センサの計測信号に基づいて、前記燃料噴射部が噴射する燃料量の補正を行うと共に、前記筒内圧センサの計測信号の信頼性が低いと判断した場合には、前記燃料量の補正を制限するエンジンの燃焼制御装置。

【請求項3】

請求項２に記載のエンジンの燃焼制御装置において、
前記エンジンは複数の燃焼室を有し、
前記燃料噴射部は、複数の燃焼室内のそれぞれに、個別に燃料を供給し、
前記制御部は、前記筒内圧センサの計測信号に基づいて、前記複数の燃焼室毎に、前記燃料噴射部が噴射する燃料量の補正を行うエンジンの燃焼制御装置。

【請求項4】

請求項２又は３に記載のエンジンの燃焼制御装置において、
前記制御部は、前記エンジンが第１状態にある場合に、前記燃焼室内の混合気の燃料濃度を、理論空燃比よりもリーンにし、前記エンジンが第２状態にある場合に、前記燃焼室内の混合気の燃料濃度を、理論空燃比にし、
前記制御部は、前記エンジンが前記第１状態にある場合に、前記筒内圧センサの計測信号に基づいて、前記燃料噴射部が噴射する燃料量の補正を行うエンジンの燃焼制御装置。

【請求項5】

請求項１〜４のいずれか１項に記載のエンジンの燃焼制御装置において、
前記制御部は、前記低位発熱量（Ｑｅｎｄ）と前記燃焼圧（Ｐｍｉ）との比（Ｑｅｎｄ／Ｐｍｉ）と、前記質量燃焼割合が５０％となるクランク角位置（ｍｆｂ５０）との間に特定の関係が成立する場合に、前記筒内圧センサの計測信号の信頼性が高いと判断し、それ以外の場合に、前記筒内圧センサの計測信号の信頼性が低いと判断するエンジンの燃焼制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

ここに開示する技術は、エンジンの燃焼制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、ガソリン燃料を圧縮自己着火により燃焼させるエンジンが記載されている。このエンジンは、燃焼室内の圧力を検知する筒内圧センサを有している。エンジンコントロールユニットは、筒内圧センサの出力から質量燃焼割合が５０％となるクランク角度を算出し、質量燃焼割合が５０％となるクランク角度が適切な時期になるよう、燃焼開始時期を調整する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００１−３５５４８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載されているように、コントローラーが筒内圧センサの出力に基づいてエンジンの制御を行う構成において、燃焼室内において混合気が正常に燃焼している場合は、筒内圧センサの出力に基づいて、エンジンを適切に制御することができる。しかしながら、燃焼室内において混合気が異常燃焼している場合の、筒内圧センサの出力は、信頼性が低い。混合気が異常な燃焼、例えば失火や、プリイグニッションをしている場合には、燃焼室内に供給した燃料量に見合うトルクが発生しないためである。信頼性が低い筒内圧センサの出力に基づいてエンジンを制御すると、エンジンの運転に支障を来す恐れがある。

【0005】

ここに開示する技術は、筒内圧センサの信頼性を判断する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

具体的にここに開示する技術は、エンジンの燃焼制御装置に関する。エンジンの燃焼制御装置は、自動車に搭載されたエンジンの燃焼室内に供給する燃料を噴射する、少なくとも一つの燃料噴射部と、前記燃焼室内の圧力変化に対応する計測信号を出力する筒内圧センサと、少なくとも前記筒内圧センサの計測信号に基づいて、前記燃料噴射部に制御信号を出力する制御部と、を備える。

【0007】

前記制御部は、前記筒内圧センサの計測信号に基づいて、前記燃焼室内における燃焼圧と、質量燃焼割合が所定割合となるクランク角位置と、低位発熱量と、を算出すると共に、前記制御部は、前記燃焼圧、前記クランク角位置、及び、前記低位発熱量に基づいて、前記筒内圧センサの計測信号の信頼性を判断する。

【0008】

本願発明者等の検討によると、筒内圧センサの計測信号を用いて算出される、燃焼圧、質量燃焼割合が所定割合となるクランク角位置、及び、低位発熱量に基づいて、燃焼室内において正常な燃焼が行われているか、異常な燃焼が行われているかを判断することができることがわかった。

【0009】

燃焼室内において正常な燃焼が行われている場合、筒内圧センサの計測信号の信頼性は高い。燃焼室内において異常な燃焼が行われている場合、筒内圧センサの計測信号の信頼性は低い。よって、燃焼圧、質量燃焼割合が所定割合となるクランク角位置、及び、低位発熱量に基づいて、筒内圧センサの計測信号の信頼性を判断することができる。

【0010】

前記制御部は、前記筒内圧センサの計測信号に基づいて、前記燃料噴射部が噴射する燃料量の補正を行うと共に、前記筒内圧センサの計測信号の信頼性が低いと判断した場合には、前記燃料量の補正を制限する、としてもよい。

【0011】

筒内圧センサの計測信号の信頼性が低い場合、制御部は、燃料噴射部が噴射する燃料量の補正を行わない。信頼性が低い計測信号を用いてエンジンを制御することが抑制されるから、エンジンの運転に支障を来すことが抑制される。

【0012】

一方、筒内圧センサの計測信号の信頼性が高い場合、制御部は、燃料噴射部が噴射する燃料量の補正を行う。エンジンは適切に運転する。

【0013】

前記エンジンは複数の燃焼室を有し、前記燃料噴射部は、複数の燃焼室内のそれぞれに、個別に燃料を供給し、前記制御部は、前記筒内圧センサの計測信号に基づいて、前記複数の燃焼室毎に、前記燃料噴射部が噴射する燃料量の補正を行う、としてもよい。

【0014】

燃焼室毎に、燃料噴射部が噴射する燃料量の補正を行うことによって、複数の燃焼室間のトルクのばらつきを小さくすることができる。

【0015】

前記制御部は、前記エンジンが第１状態にある場合に、前記燃焼室内の混合気の燃料濃度を、理論空燃比よりもリーンにし、前記エンジンが第２状態にある場合に、前記燃焼室内の混合気の燃料濃度を、理論空燃比にし、前記制御部は、前記エンジンが前記第１状態にある場合に、前記筒内圧センサの計測信号に基づいて、前記燃料噴射部が噴射する燃料量の補正を行う、としてもよい。

【0016】

燃焼室内の混合気の燃料濃度が理論空燃比よりもリーンである場合、燃焼室内に供給する燃料量と、エンジンのトルクとは、線形又はほぼ線形の関係を有する。

【0017】

エンジンが第１状態にある場合に燃料量の増量補正又は減量補正を行うことによって、エンジンのトルクを適切に調整することができる。

【0018】

前記制御部は、前記低位発熱量（Ｑｅｎｄ）と前記燃焼圧（Ｐｍｉ）との比（Ｑｅｎｄ／Ｐｍｉ）と、前記質量燃焼割合が５０％となるクランク角位置（ｍｆｂ５０）との間に特定の関係が成立する場合に、前記筒内圧センサの計測信号の信頼性が高いと判断し、それ以外の場合に、前記筒内圧センサの計測信号の信頼性が低いと判断する、としてもよい。

【0019】

燃焼室内で混合気が正常な燃焼をしていると、Ｑｅｎｄ／Ｐｍｉとｍｆｂ５０との間に特定の関係が成立する。混合気が異常な燃焼をしていると、前記特定の関係が成立しない。筒内圧センサの計測信号から算出される、Ｑｅｎｄ／Ｐｍｉ及びｍｆｂ５０に基づいて、筒内圧センサの計測信号の信頼性を適切に判断することができる。

【発明の効果】

【0020】

以上説明したように、前記のエンジンの燃焼制御装置によると、筒内圧センサの信頼性を判断することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】図１は、エンジンの構成を例示する図である。

【図2】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】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】図４は、ＳＰＣＣＩ燃焼の波形を例示する図である。

【図5】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】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】図７は、燃料噴射量の補正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8】図８は、ｍｆｂ５０と、Ｑｅｎｄ／Ｐｍｉとの関係を例示する図である。

【図9】図９は、低発熱量Ｑｉｎを算出する手法を説明するブロック図である。

【図10】図１０は、燃料噴射量の気筒間補正に係る制御を例示するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、エンジンの燃焼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、エンジンの燃焼制御装置の一例である。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

（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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

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。

【0057】

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
指圧センサ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。

【0058】

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。

【0059】

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。

【0060】

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。

【0061】

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。

【0062】

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。

【0063】

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。

【0064】

（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。

【0065】

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。

【0066】

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が点火タイミング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。

【0067】

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。

【0068】

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。

【0069】

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。

【0070】

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。

【0071】

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。

【0072】

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。

【0073】

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。

【0074】

（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。

【0075】

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。

【0076】

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。

【0077】

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。

【0078】

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７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。

【0079】

（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。

【0080】

（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。

【0081】

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。

【0082】

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。

【0083】

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。

【0084】

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。

【0085】

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。点火タイミングは、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。

【0086】

（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。

【0087】

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。

【0088】

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）。

【0089】

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回避することができる。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。

【0090】

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。

【0091】

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。

【0092】

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。

【0093】

（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。

【0094】

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）。

【0095】

（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。

【0096】

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。

【0097】

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。

【0098】

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。

【0099】

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。

【0100】

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。

【0101】

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。

【0102】

（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、点火タイミングの調節を行うための演算を行う。

【0103】

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。

【0104】

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。

【0105】

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。

【0106】

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。

【0107】

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。

【0108】

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。

【0109】

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、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。

【0110】

（燃料噴射量の気筒間補正）
このエンジンシステムは、エンジン１が低負荷領域Ａ１で運転している場合に、筒内圧センサＳＷ６の計測信号に基づいて、燃料噴射量の気筒間のばらつきを補正するよう構成されている。エンジン１が低負荷領域Ａ１で運転している場合に、混合気の空燃比は、理論空燃比よりもリーンである。混合気の燃料濃度が理論空燃比よりもリーンである場合、燃焼室１７内に供給する燃料量と、エンジン１のトルクとは、線形又はほぼ線形の関係を有する。気筒毎に、燃料量の増量補正又は減量補正を行うことによって、エンジン１のトルクがばらつくことが抑制される。

【0111】

図７は、ＥＣＵ１０の機能ブロックの構成を示している。図７に示す機能ブロックは主に、燃料噴射量の気筒間ばらつきを補正する制御に関係する。機能ブロックは、燃焼圧（Ｐｍｉ）算出部１０ａ、低位発熱量（Ｑｅｎｄ）算出部１０ｂ、ｍｆｂ５０（mass fraction burned）算出部１０ｃ、信頼性判断部１０ｄ、燃料噴射量設定部１０ｅ、低位発熱量（Ｑｉｎ）推定部１０ｆ、及び、燃料噴射量補正部１０ｇを含んでいる。

【0112】

燃焼圧（Ｐｍｉ）算出部１０ａは、筒内圧センサＳＷ６の計測信号に基づいて、混合気の燃焼に伴う燃焼圧Ｐｍｉを算出する。燃焼圧Ｐｍｉは、筒内圧センサＳＷ６の計測信号に基づいて算出される図示平均有効圧力から算出される。

【0113】

低位発熱量（Ｑｅｎｄ）算出部１０ｂは、筒内圧センサＳＷ６の計測信号に基づいて、低位発熱量Ｑｅｎｄを算出する。低位発熱量Ｑｅｎｄは、筒内圧センサＳＷ６の計測信号に基づいて算出される熱発生の最大値（内部エネルギーｄＵと、ピストン３を動かすために使った仕事ｄＷとの和）から算出される。

【0114】

ｍｆｂ５０算出部１０ｃは、筒内圧センサＳＷ６の計測信号に基づいて、質量燃焼割合が５０％となるクランク角度を算出する。ｍｆｂ５０は、筒内圧センサＳＷ６の計測信号に基づく燃焼波形に基づいて、算出される。

【0115】

信頼性判断部１０ｄは、燃焼圧（Ｐｍｉ）算出部１０ａが算出した燃焼圧Ｐｍｉ、低位発熱量（Ｑｅｎｄ）算出部１０ｂが算出した低位発熱量Ｑｅｎｄ、及び、ｍｆｂ５０算出部１０ｃが算出したｍｆｂ５０に基づいて、筒内圧センサＳＷ６の計測信号の信頼性を判断する。本願発明者らの検討によると、燃焼室１７内において混合気が正常な燃焼をしている場合、低位発熱量Ｑｅｎｄと燃焼圧Ｐｍｉとの比（Ｑｅｎｄ／Ｐｍｉ）と、ｍｆｂ５０と、の間には、図８に実線で例示するような関係を有することがわかった。Ｑｅｎｄ／Ｐｍｉは、エンジン１のトルクに関係し、図８に示す関係は、ｍｆｂ５０が遅角側になると、エンジン１のトルクが小さくなることを意味している。

【0116】

燃焼室１７内において混合気が異常な燃焼をしている場合、例えば失火やプリイグが発生した場合は、低位発熱量Ｑｅｎｄと燃焼圧Ｐｍｉとの比（Ｑｅｎｄ／Ｐｍｉ）と、ｍｆｂ５０と、の関係は、図８の実線から大きく外れる。

【0117】

信頼性判断部１０ｄは、燃焼圧（Ｐｍｉ）算出部１０ａが算出した燃焼圧Ｐｍｉ、低位発熱量（Ｑｅｎｄ）算出部１０ｂが算出した低位発熱量Ｑｅｎｄ、及び、ｍｆｂ５０算出部１０ｃが算出したｍｆｂ５０に基づいて、低位発熱量Ｑｅｎｄと燃焼圧Ｐｍｉとの比（Ｑｅｎｄ／Ｐｍｉ）と、ｍｆｂ５０と、の関係が、図８の実線に相当する関係を有しているか否かに基づいて、筒内圧センサＳＷ６の計測信号の信頼性の有無を判断する。具体的に、信頼性判断部１０ｄは、低位発熱量Ｑｅｎｄと燃焼圧Ｐｍｉとの比（Ｑｅｎｄ／Ｐｍｉ）と、ｍｆｂ５０と、の関係が、図８の二本の破線の間の基準範囲内にある場合、燃焼室１７内で混合気が正常な燃焼をしていて、筒内圧センサＳＷ６の計測信号は信頼性が高いと判断する。一方、信頼性判断部１０ｄは、低位発熱量Ｑｅｎｄと燃焼圧Ｐｍｉとの比（Ｑｅｎｄ／Ｐｍｉ）と、ｍｆｂ５０と、の関係が、図８の二本の破線の間の基準範囲から外れる場合、燃焼室１７内で混合気が異常な燃焼をしていて、筒内圧センサＳＷ６の計測信号は信頼性が低いと判断する。

【0118】

信頼性判断部１０ｄは、筒内圧センサＳＷ６の計測信号の信頼性に関する信号を、燃料噴射量補正部１０ｇに出力する。

【0119】

燃料噴射量設定部１０ｅは、前述したように、各センサＳＷ１〜ＳＷ１７の信号に基づいて、燃料噴射量を設定する。燃料噴射量設定部１０ｅは、設定した燃料噴射量に関する信号を、燃料噴射量補正部１０ｇに出力する。

【0120】

低位発熱量（Ｑｉｎ）推定部１０ｆは、筒内圧センサＳＷ６の計測信号に基づいて、低位発熱量（Ｑｉｎ）を推定する。図９は、低位発熱量（Ｑｉｎ）推定部１０ｆの構成を例示するブロック図である。低位発熱量（Ｑｉｎ）は、燃焼室１７内に供給した燃料量に対する発熱量である。低位発熱量（Ｑｉｎ）推定部１０ｆは、ＥＣＵ１０に予め記憶しているマップに基づいて算出したエンジン１の熱効率と、筒内圧センサＳＷ６の計測信号に基づく燃焼圧との比と、１気筒当たりの体積とから、低位発熱量（Ｑｉｎ）を算出する。低位発熱量（Ｑｉｎ）推定部１０ｆは、算出した低位発熱量（Ｑｉｎ）に関する信号を、燃料噴射量補正部１０ｇに出力する。

【0121】

燃料噴射量補正部１０ｇは、低位発熱量（Ｑｉｎ）推定部１０ｆからの低位発熱量（Ｑｉｎ）に基づいて、燃料噴射量設定部１０ｅが設定した、気筒毎の燃料噴射量を補正する。具体的に、燃料噴射量補正部１０ｇは、推定した低位発熱量（Ｑｉｎ）が小さい場合には、発熱量が増えるように燃料噴射量を増量補正する。また、燃料噴射量補正部１０ｇは、推定した低位発熱量（Ｑｉｎ）が大きい場合には、発熱量が減るように燃料噴射量を減量補正する。各シリンダ気筒１１のインジェクタ６は、燃料噴射量補正部１０ｇが補正をした燃料噴射量に従って燃料を噴射する。これにより、気筒間のトルクばらつきを抑制することができる。エンジン１は適切に運転する。

【0122】

燃料噴射量補正部１０ｇはまた、信頼性判断部１０ｄからの信頼性に関する信号に基づいて、筒内圧センサＳＷ６の計測信号の信頼性が低い場合には、前述した燃料噴射量の補正を行わない。燃料噴射量の気筒間ばらつきを抑制する制御は、燃焼室１７内において正常な燃焼が行われていることを前提に、各シリンダ１１の燃焼により発生するトルクのばらつきを抑制する制御である。燃焼室１７内において異常な燃焼が行われているときに出力された筒内圧センサＳＷ６の計測信号は、燃料噴射量の気筒間ばらつきを抑制する制御に用いることができない。

【0123】

燃料噴射量補正部１０ｇが、筒内圧センサＳＷ６の計測信号の信頼性が低い場合に、前述した燃料噴射量の補正を行わないことにより、エンジン１の運転に支障を来すことが抑制される。

【0124】

（燃料噴射量の気筒間補正の手順）
図１０は、異常診断装置１００が実行する、燃料噴射量の気筒間補正の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、異常診断装置１００は、各センサＳＷ１〜ＳＷ１７の検知信号を読み込む。続くステップＳ２において、燃焼圧（Ｐｍｉ）算出部１０ａは、燃焼圧Ｐｍｉを算出し、低位発熱量（Ｑｅｎｄ）算出部１０ｂは、低位発熱量Ｑｅｎｄを算出し、ｍｆｂ５０算出部１０ｃは、ｍｆｂ５０を算出する。

【0125】

ステップＳ３において異常診断装置１００は、混合気の空燃比がλ≠１であるか否かを判断する。エンジン１が低負荷領域Ａ１で運転している場合は、ステップＳ３がＹＥＳとなるため、プロセスはステップＳ４に進む。エンジン１が低負荷領域Ａ１以外の領域で運転している場合は、ステップＳ３がＮＯとなるため、プロセスはリターンする。

【0126】

ステップＳ４において信頼性判断部１０ｄは、Ｑｅｎｄ／Ｐｍｉと、ｍｆｂ５０と、に基づいて、Ｑｅｎｄ／Ｐｍｉが基準範囲内に収まっているか否かを判断する。Ｑｅｎｄ／Ｐｍｉが基準範囲内に収まっている場合には、プロセスはステップＳ５に進み、Ｑｅｎｄ／Ｐｍｉが基準範囲内に収まっていない場合には、プロセスはステップＳ７に進む。

【0127】

ステップＳ５において信頼性判断部１０ｄは、筒内圧センサＳＷ６の計測信号の信頼性があると判断する。続くステップＳ６において燃料噴射量補正部１０ｇは、低位発熱量（Ｑｉｎ）推定部１０ｇｆが推定した低位発熱量（Ｑｉｎ）に基づいて、シリンダ１１毎に、燃料噴射量の補正を行う。

【0128】

一方、ステップＳ７において信頼性判断部１０ｄは、筒内圧センサＳＷ６の計測信号の信頼性がないと判断する。続くステップＳ８において燃料噴射量補正部１０ｇは、低位発熱量（Ｑｉｎ）推定部１０ｇｆが推定した低位発熱量（Ｑｉｎ）に基づく燃料噴射量の補正を行わない。

【0129】

（他の実施形態）
尚、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。

【符号の説明】

【0130】

１ エンジン
１０ ＥＣＵ（制御部）
１７ 燃焼室
６ インジェクタ（燃料噴射部）
ＳＷ６ 筒内圧センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】