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(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】P2024140069
(43)【公開日】2024-10-10
(54)【発明の名称】エンジン制御装置
(51)【国際特許分類】
F02B 23/10 20060101AFI20241003BHJP
F02D 43/00 20060101ALI20241003BHJP
F02D 45/00 20060101ALI20241003BHJP
F02B 3/06 20060101ALI20241003BHJP
F02M 25/00 20060101ALI20241003BHJP
【ＦＩ】
F02B23/10 320
F02D43/00 301A
F02D43/00 301G
F02D43/00 301J
F02D45/00 368A
F02D43/00 301K
F02B3/06 B
F02M25/00 H
【審査請求】有
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023051061
(22)【出願日】2023-03-28
(71)【出願人】
【識別番号】000005326
【氏名又は名称】本田技研工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100154380
【弁理士】
【氏名又は名称】西村 隆一
(74)【代理人】
【識別番号】100081972
【弁理士】
【氏名又は名称】吉田 豊
(72)【発明者】
【氏名】松浦 勝也
(72)【発明者】
【氏名】橋本 公太郎
【テーマコード（参考）】
3G023
3G384
【Ｆターム（参考）】
3G023AA01
3G023AB06
3G023AC08
3G384AA02
3G384BA05
3G384BA13
3G384BA18
3G384BA23
3G384DA00
3G384FA13Z
3G384FA33Z
3G384FA58Z
(57)【要約】
【課題】エンジンの熱効率を向上する。
【解決手段】エンジン制御装置１００は、燃焼室に燃料を噴射するインジェクタ１３と混合気に点火する点火プラグ１４とを有するエンジンと、要求トルクに応じて燃焼形態を切り替えるようにインジェクタと点火プラグとを制御する制御部５０とを備える。燃焼形態は、ガソリン燃料の点火を伴う火花点火燃焼と、ガソリン燃料の一部を過酸化物に改質した改質燃料の点火を伴わない第１予混合圧縮着火燃焼と、改質燃料の点火を伴う第２予混合圧縮着火燃焼と、改質燃料の点火を伴わない拡散燃焼と、を含む。制御部５０は、要求トルクが第１所定値未満のとき第２予混合圧縮着火燃焼、第１所定値以上、第２所定値未満のとき第１予混合圧縮着火燃焼、第２所定値以上、第３所定値未満のとき火花点火燃焼、第３所定値以上のとき拡散燃焼に切り替えるようにインジェクタと点火プラグとを制御する。
【選択図】図４
【解決手段】エンジン制御装置１００は、燃焼室に燃料を噴射するインジェクタ１３と混合気に点火する点火プラグ１４とを有するエンジンと、要求トルクに応じて燃焼形態を切り替えるようにインジェクタと点火プラグとを制御する制御部５０とを備える。燃焼形態は、ガソリン燃料の点火を伴う火花点火燃焼と、ガソリン燃料の一部を過酸化物に改質した改質燃料の点火を伴わない第１予混合圧縮着火燃焼と、改質燃料の点火を伴う第２予混合圧縮着火燃焼と、改質燃料の点火を伴わない拡散燃焼と、を含む。制御部５０は、要求トルクが第１所定値未満のとき第２予混合圧縮着火燃焼、第１所定値以上、第２所定値未満のとき第１予混合圧縮着火燃焼、第２所定値以上、第３所定値未満のとき火花点火燃焼、第３所定値以上のとき拡散燃焼に切り替えるようにインジェクタと点火プラグとを制御する。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
燃焼室に燃料を噴射するインジェクタと、前記燃焼室内の燃料と空気との混合気に点火する点火プラグと、を有するエンジンと、
前記エンジンの要求トルクに応じて燃焼形態を切り替えるように前記インジェクタと前記点火プラグとを制御する制御部と、を備え、
前記燃焼形態は、ガソリン燃料の点火を伴う火花点火燃焼と、ガソリン燃料の一部を過酸化物に改質した改質燃料の点火を伴わない第１予混合圧縮着火燃焼と、前記改質燃料の点火を伴う第２予混合圧縮着火燃焼と、前記改質燃料の点火を伴わない拡散燃焼と、を含み、
前記制御部は、前記要求トルクが第１所定値未満であるとき、前記燃焼形態を前記第２予混合圧縮着火燃焼に切り替え、前記要求トルクが前記第１所定値以上であり、かつ、前記第１所定値よりも大きい第２所定値未満であるとき、前記燃焼形態を前記第１予混合圧縮着火燃焼に切り替え、前記要求トルクが前記第２所定値以上であり、かつ、前記第２所定値よりも大きい第３所定値未満であるとき、前記燃焼形態を前記火花点火燃焼に切り替え、前記要求トルクが前記第３所定値以上であるとき、前記燃焼形態を前記拡散燃焼に切り替えるように、前記インジェクタと前記点火プラグとを制御することを特徴とするエンジン制御装置。
前記エンジンの要求トルクに応じて燃焼形態を切り替えるように前記インジェクタと前記点火プラグとを制御する制御部と、を備え、
前記燃焼形態は、ガソリン燃料の点火を伴う火花点火燃焼と、ガソリン燃料の一部を過酸化物に改質した改質燃料の点火を伴わない第１予混合圧縮着火燃焼と、前記改質燃料の点火を伴う第２予混合圧縮着火燃焼と、前記改質燃料の点火を伴わない拡散燃焼と、を含み、
前記制御部は、前記要求トルクが第１所定値未満であるとき、前記燃焼形態を前記第２予混合圧縮着火燃焼に切り替え、前記要求トルクが前記第１所定値以上であり、かつ、前記第１所定値よりも大きい第２所定値未満であるとき、前記燃焼形態を前記第１予混合圧縮着火燃焼に切り替え、前記要求トルクが前記第２所定値以上であり、かつ、前記第２所定値よりも大きい第３所定値未満であるとき、前記燃焼形態を前記火花点火燃焼に切り替え、前記要求トルクが前記第３所定値以上であるとき、前記燃焼形態を前記拡散燃焼に切り替えるように、前記インジェクタと前記点火プラグとを制御することを特徴とするエンジン制御装置。
【請求項2】
請求項１に記載のエンジン制御装置において、
前記燃焼室に噴射される燃料の過酸化物濃度を検出する濃度センサと、
前記エンジンの振動の振幅値を検出するノックセンサと、をさらに備え、
前記制御部は、前記ノックセンサにより検出された振幅値が所定振幅値未満であり、かつ、前記濃度センサにより検出された過酸化物濃度が所定濃度以上であることを条件として、前記火花点火燃焼から前記第１予混合圧縮着火燃焼に切り替えるように前記インジェクタと前記点火プラグとを制御することを特徴とするエンジン制御装置。
前記燃焼室に噴射される燃料の過酸化物濃度を検出する濃度センサと、
前記エンジンの振動の振幅値を検出するノックセンサと、をさらに備え、
前記制御部は、前記ノックセンサにより検出された振幅値が所定振幅値未満であり、かつ、前記濃度センサにより検出された過酸化物濃度が所定濃度以上であることを条件として、前記火花点火燃焼から前記第１予混合圧縮着火燃焼に切り替えるように前記インジェクタと前記点火プラグとを制御することを特徴とするエンジン制御装置。
【請求項3】
請求項１に記載のエンジン制御装置において、
前記エンジンの振動の振幅値を検出するノックセンサをさらに備え、
前記制御部は、前記ノックセンサにより検出された振幅値が所定振幅値以上であることを条件として、前記第１予混合圧縮着火燃焼から前記火花点火燃焼に切り替えるように前記インジェクタと前記点火プラグとを制御することを特徴とするエンジン制御装置。
前記エンジンの振動の振幅値を検出するノックセンサをさらに備え、
前記制御部は、前記ノックセンサにより検出された振幅値が所定振幅値以上であることを条件として、前記第１予混合圧縮着火燃焼から前記火花点火燃焼に切り替えるように前記インジェクタと前記点火プラグとを制御することを特徴とするエンジン制御装置。
【請求項4】
請求項１に記載のエンジン制御装置において、
前記エンジンのクランク角を検出するクランク角センサと、
前記燃焼室に噴射される燃料の過酸化物濃度を検出する濃度センサと、
前記エンジンの振動の振幅値を検出するノックセンサと、をさらに備え、
前記制御部は、前記クランク角センサにより検出されたクランク角に基づいてクランク角加速度を算出し、算出されたクランク角加速度が所定角速度以上であり、かつ、前記ノックセンサにより検出された振幅値が所定振幅値未満であり、かつ、前記濃度センサにより検出された過酸化物濃度が所定濃度以上であることを条件として、前記第１予混合圧縮着火燃焼から前記第２予混合圧縮着火燃焼に切り替えるように前記インジェクタと前記点火プラグとを制御することを特徴とするエンジン制御装置。
前記エンジンのクランク角を検出するクランク角センサと、
前記燃焼室に噴射される燃料の過酸化物濃度を検出する濃度センサと、
前記エンジンの振動の振幅値を検出するノックセンサと、をさらに備え、
前記制御部は、前記クランク角センサにより検出されたクランク角に基づいてクランク角加速度を算出し、算出されたクランク角加速度が所定角速度以上であり、かつ、前記ノックセンサにより検出された振幅値が所定振幅値未満であり、かつ、前記濃度センサにより検出された過酸化物濃度が所定濃度以上であることを条件として、前記第１予混合圧縮着火燃焼から前記第２予混合圧縮着火燃焼に切り替えるように前記インジェクタと前記点火プラグとを制御することを特徴とするエンジン制御装置。
【請求項5】
請求項１に記載のエンジン制御装置において、
前記エンジンのクランク角を検出するクランク角センサと、
前記燃焼室に噴射される燃料の過酸化物濃度を検出する濃度センサと、
前記エンジンの振動の振幅値を検出するノックセンサと、をさらに備え、
前記制御部は、前記クランク角センサにより検出されたクランク角に基づいてクランク角加速度を算出し、算出されたクランク角加速度が所定角速度未満であり、かつ、前記ノックセンサにより検出された振幅値が所定振幅値以上であり、かつ、前記濃度センサにより検出された過酸化物濃度が所定濃度以上であることを条件として、前記第２予混合圧縮着火燃焼から前記第１予混合圧縮着火燃焼に切り替えるように前記インジェクタと前記点火プラグとを制御することを特徴とするエンジン制御装置。
前記エンジンのクランク角を検出するクランク角センサと、
前記燃焼室に噴射される燃料の過酸化物濃度を検出する濃度センサと、
前記エンジンの振動の振幅値を検出するノックセンサと、をさらに備え、
前記制御部は、前記クランク角センサにより検出されたクランク角に基づいてクランク角加速度を算出し、算出されたクランク角加速度が所定角速度未満であり、かつ、前記ノックセンサにより検出された振幅値が所定振幅値以上であり、かつ、前記濃度センサにより検出された過酸化物濃度が所定濃度以上であることを条件として、前記第２予混合圧縮着火燃焼から前記第１予混合圧縮着火燃焼に切り替えるように前記インジェクタと前記点火プラグとを制御することを特徴とするエンジン制御装置。
【請求項6】
請求項１に記載のエンジン制御装置において、
前記エンジンの振動の振幅値を検出するノックセンサをさらに備え、
前記制御部は、前記ノックセンサにより検出された振幅値が所定振幅値以上であることを条件として、前記火花点火燃焼から前記拡散燃焼に切り替えるように前記インジェクタと前記点火プラグとを制御することを特徴とするエンジン制御装置。
前記エンジンの振動の振幅値を検出するノックセンサをさらに備え、
前記制御部は、前記ノックセンサにより検出された振幅値が所定振幅値以上であることを条件として、前記火花点火燃焼から前記拡散燃焼に切り替えるように前記インジェクタと前記点火プラグとを制御することを特徴とするエンジン制御装置。
【請求項7】
請求項１に記載のエンジン制御装置において、
前記エンジンのクランク角を検出するクランク角センサと、
前記エンジンの振動の振幅値を検出するノックセンサと、をさらに備え、
前記制御部は、前記クランク角センサにより検出されたクランク角に基づいてクランク角加速度を算出し、算出されたクランク角加速度が所定角速度以上、かつ、前記ノックセンサにより検出された振幅値が所定振幅値未満であることを条件として、前記拡散燃焼から前記火花点火燃焼に切り替えるように前記インジェクタと前記点火プラグとを制御することを特徴とするエンジン制御装置。
前記エンジンのクランク角を検出するクランク角センサと、
前記エンジンの振動の振幅値を検出するノックセンサと、をさらに備え、
前記制御部は、前記クランク角センサにより検出されたクランク角に基づいてクランク角加速度を算出し、算出されたクランク角加速度が所定角速度以上、かつ、前記ノックセンサにより検出された振幅値が所定振幅値未満であることを条件として、前記拡散燃焼から前記火花点火燃焼に切り替えるように前記インジェクタと前記点火プラグとを制御することを特徴とするエンジン制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、エンジン制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、エンジンに供給されるガソリン燃料を改質するようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。上記特許文献１記載の装置では、火花点火式エンジン用のオクタン価のガソリン燃料を、必要に応じて車載改質器での酸化反応により着火性の高い低オクタン価ガソリンに改質した上で、燃焼室に噴射し、燃焼室で圧縮着火（拡散燃焼）させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２２－１１２８９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記特許文献１記載の装置では、着火性の高い改質燃料を用いた拡散燃焼のみを想定している。しかしながら、改質前のガソリン燃料をそのまま用いた方がエンジンの熱効率が高くなる運転領域も存在するため、上記特許文献１記載の装置ではエンジンの熱効率が低下することがある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の一態様であるエンジン制御装置は、燃焼室に燃料を噴射するインジェクタと、燃焼室内の燃料と空気との混合気に点火する点火プラグと、を有するエンジンと、エンジンの要求トルクに応じて燃焼形態を切り替えるようにインジェクタと点火プラグとを制御する制御部と、を備える。燃焼形態は、ガソリン燃料の点火を伴う火花点火燃焼と、ガソリン燃料の一部を過酸化物に改質した改質燃料の点火を伴わない第１予混合圧縮着火燃焼と、改質燃料の点火を伴う第２予混合圧縮着火燃焼と、改質燃料の点火を伴わない拡散燃焼と、を含む。制御部は、要求トルクが第１所定値未満であるとき、燃焼形態を第２予混合圧縮着火燃焼に切り替え、要求トルクが第１所定値以上であり、かつ、第１所定値よりも大きい第２所定値未満であるとき、燃焼形態を第１予混合圧縮着火燃焼に切り替え、要求トルクが第２所定値以上であり、かつ、第２所定値よりも大きい第３所定値未満であるとき、燃焼形態を火花点火燃焼に切り替え、要求トルクが第３所定値以上であるとき、燃焼形態を拡散燃焼に切り替えるように、インジェクタと点火プラグとを制御する。
【発明の効果】
【0006】
本発明によれば、エンジンの熱効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】火花点火燃焼でのエンジンの熱効率について説明するための図。
【図2】本発明の実施形態に係るエンジン制御装置のエンジンの内部構成の一例を模式的に示す図。
【図3】本発明の実施形態に係るエンジン制御装置のエンジンに燃料を供給する燃料供給路の一例を模式的に示す図。
【図4】本発明の実施形態に係るエンジン制御装置の要部構成の一例を模式的に示すブロック図。
【図5】燃料中の過酸化物濃度とオクタン価、着火性との関係について説明するための図。
【図6】エンジンの熱効率を向上する燃焼形態について説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、図１～図１３を参照して本発明の実施形態について説明する。本発明の実施形態に係るエンジン制御装置は、車両に搭載され、燃焼室に燃料を噴射するインジェクタと燃焼室内の混合器に点火する点火プラグとを有するエンジンに適用され、運転領域全体で熱効率を向上するためのエンジン制御を行う。
【0009】
図１は、火花点火（ＳＩ（Spark Ignition））燃焼でのエンジンの熱効率について説明するための図である。図１に示すように、ＳＩ燃焼を行う場合、エンジンの要求トルクが小さい低負荷領域では、必要な吸気量が少なくなるため、スロットル開度が小さくなることで吸気時のポンピングロスが増大し、熱効率が低下する。一方、予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ（Homogenous Charge Compression Ignition））燃焼では、燃料噴射量により出力トルクを調整するため、低負荷領域でもスロットル開度が全開付近に維持され、ポンピングロスによる熱効率の低下が生じない。
【0010】
点火を伴うＳＩ燃焼を行う場合、エンジンの要求トルクが大きい高負荷領域では、火炎伝播前にシリンダ２の壁面近傍で混合気が自己着火するノッキングを抑制するため、点火時期を最適点火時期（目標点火時期）よりも遅角する必要があり、熱効率が低下する。一方、点火を伴わない拡散燃焼を行う場合は、燃料が蒸発しながら空気と混合して燃焼するため、このような問題が生じない。
【0011】
そこで、本実施形態では、要求トルクに応じて燃焼形態を切り替えることで、エンジンの運転領域全体で熱効率を向上することができるよう、以下のようにエンジン制御装置を構成する。
【0012】
図２は、本発明の実施形態に係るエンジン制御装置（以下、装置）１００のエンジン１の内部構成の一例を模式的に示す図である。図２に示すように、エンジン１は、シリンダ２が形成されるシリンダブロック３と、シリンダブロック３の上部を覆うシリンダヘッド４とを有する。シリンダヘッド４には、エンジン１への吸気が通過する吸気ポート５と、エンジン１からの排気が通過する排気ポート６とが設けられる。吸気ポート５には吸気ポート５を開閉する吸気バルブ７が設けられ、排気ポート６には排気ポート６を開閉する排気バルブ８が設けられる。吸気バルブ７と排気バルブ８とは不図示の動弁機構により開閉駆動される。
【0013】
各シリンダ２には、シリンダ２内を摺動可能にピストン９が配置され、ピストン９に面して燃焼室１０が形成される。燃焼室１０に吸気ポート５を介して連通する吸気通路１１には、スロットルバルブ１２が設けられる。スロットルバルブ１２は、例えばバタフライ弁により構成され、スロットルバルブ１２により燃焼室１０に吸い込まれる空気の量（吸気量）が調整される。スロットルバルブ１２の開度（スロットル開度）は、電子制御ユニット（ＥＣＵ（Electronic Control Unit））５０（図４）により制御される。
【0014】
シリンダヘッド４には、それぞれ燃焼室１０を臨むようにインジェクタ１３と点火プラグ１４とが装着される。インジェクタ１３は、筒内噴射型の燃料噴射弁として構成され、燃料を燃焼室１０に噴射する。点火プラグ１４は、電気エネルギーにより火花を発生し、燃焼室１０内の燃料と空気との混合気に点火する。インジェクタ１３の燃料噴射時期（開弁時期）、燃料噴射量（開弁時間）、点火プラグ１４の点火時期、および点火プラグ１４による点火のオン、オフは、ＥＣＵ５０（図４）により制御される。
【0015】
吸気ポート５が開放、排気ポート６が閉鎖され、ピストン９が下降すると、吸気ポート５から燃焼室１０内に空気（新気）が吸い込まれる（吸気行程）。吸気ポート５および排気ポート６が閉鎖され、ピストン９が上昇すると、燃焼室１０内の空気または混合気が圧縮され、燃焼室１０内の圧力が徐々に上昇する（圧縮行程）。
【0016】
ＳＩ燃焼を行う場合、吸気行程または圧縮行程でインジェクタ１３から燃焼室１０に燃料が噴射され、圧縮上死点ＴＤＣ（Top Dead Center）付近で点火プラグ１４により混合気が点火され、火炎伝播により燃焼室１０内の燃料が燃焼する。ＳＩ燃焼では、ガソリン燃料が用いられる。
【0017】
ＨＣＣＩ燃焼を行う場合、吸気行程または圧縮行程でインジェクタ１３から燃焼室１０に燃料が噴射され、燃焼室１０内の混合気が圧縮されることで温度上昇すると、圧縮上死点ＴＤＣ付近で自己着火により燃料が燃焼する。ＨＣＣＩ燃焼では、エンジンの要求トルクが比較的大きく、燃焼が安定する領域では、ガソリン燃料を用いることができる。エンジンの要求トルクが比較的小さく、燃焼が不安定となる領域でＨＣＣＩ燃焼を行う場合は、ガソリン燃料よりも着火性の高い燃料を用いる必要がある。
【0018】
エンジンの要求トルクがさらに小さい領域でＨＣＣＩ燃焼を行う場合は、着火性の高い燃料の利用に加え、圧縮上死点ＴＤＣ付近で点火プラグ１４により混合気に点火し、着火を補助する必要がある。このような燃焼を、以下では火花点火アシスト予混合圧縮着火（ＳＡＨＣＣＩ（Spark Assist Homogeneous Charge Compression Ignition））燃焼と称する。ＳＡＨＣＣＩ燃焼では、火炎伝播により燃焼室１０内の燃料の一部が燃焼し、燃焼により高温となった燃焼室１０内で残りの燃料が自己着火により燃焼する。
【0019】
拡散燃焼を行う場合、インジェクタ１３から燃焼室１０に燃料が噴射されると、燃料が蒸発しながら空気と混合し、燃焼する。拡散燃焼では、着火性の高い燃料を用いる必要がある。
【0020】
燃焼室１０内で燃料が燃焼すると、燃焼室１０内の圧力が急激に上昇し、ピストン９が下降する（膨張行程）。吸気ポート５が閉鎖、排気ポート６が開放され、ピストン９が上昇すると、燃焼室１０内の空気（排気）が排気ポート６から排出される（排気行程）。ピストン９がシリンダ２の内壁に沿って往復動することで、コンロッド１５を介してクランクシャフト１６が回転する。
【0021】
エンジン１のクランクシャフト１６には、クランクシャフト１６の回転角（クランク角）θを検出するクランク角センサ１７が設けられる。クランク角センサ１７による検出結果を示す信号は、ＥＣＵ５０（図４）に送信される。図示は省略するが、エンジン１には、シリンダブロック３に取り付けられ、エンジン１の振動の振幅値Ｋを検出するノックセンサ１８（図４）も設けられる。ノックセンサ１８による検出結果を示す信号は、ＥＣＵ５０（図４）に送信される。ノックセンサ１８に代えて、燃焼室１０内の圧力（筒内圧）Ｐを検出する筒内圧センサを設けてもよい。この場合、クランク角θの変化に対する筒内圧Ｐの変動ｄＰ／ｄθを算出し、筒内圧Ｐの変動ｄＰ／ｄθに基づいてエンジン１の振動の振幅値Ｋを算出することができる。
【0022】
炭化水素を主成分とするガソリン燃料は、Ｎ－ヒドロキシフタルイミド（ＮＨＰＩ）等の触媒を用いて酸化改質し、過酸化物を生成することで、その着火性を向上することができる。具体的には、ＮＨＰＩは、酸素分子により容易に水素原子が引き抜かれ、フタルイミド－Ｎ－オキシル（ＰＩＮＯ）ラジカルを生成する。ＰＩＮＯラジカルは、燃料に含まれる炭化水素（ＲＨ）から水素原子を引き抜き、アルキルラジカル（Ｒ・）を生成する。アルキルラジカルは、酸素分子と結合してアルキルペルオキシラジカル（ＲＯＯ・）を生成する。アルキルペルオキシラジカルは、燃料に含まれる炭化水素から水素原子を引き抜き、過酸化物であるアルキルヒドロペルオキシド（ＲＯＯＨ）、例えばクメンヒドロペルオキシドを生成する。
【化1】
【0023】
酸化反応が進行すると過酸化物濃度が増加し、さらに酸化反応が進行すると過酸化物がアルコール、アルデヒド、ケトンなどの酸化物に分解され、過酸化物濃度が減少するとともに酸化物濃度が増加する。燃料中の過酸化物濃度を高め、燃料の着火性を向上するには、酸化反応の進行度を適正な範囲内に調整する必要がある。具体的には、ガソリン燃料の一部を酸化改質した改質燃料のオクタン価が所定値以下となるよう、改質燃料中の過酸化物濃度が所定濃度以上となるように調整する必要がある。
【0024】
図３は、装置１００のエンジン１に燃料を供給する燃料供給路２０の一例を模式的に示す図である。図３に示すように、燃料供給路２０には、ガソリン燃料を貯留する燃料タンク２１と、ガソリン燃料を酸化改質する改質器２２と、改質燃料を貯留する改質燃料タンク２３と、ガソリン燃料と改質燃料とを混合する混合器２４とが設けられる。混合器２４により混合された混合燃料は、インジェクタ１３（図２）を介してエンジン１の燃焼室１０に噴射される。
【0025】
燃料タンク２１の液相と改質器２２の入口とは、配管２５を介して接続され、配管２５に設けられた電動ポンプ２６により、配管２５を介して、燃料タンク２１に貯留されたガソリン燃料が改質器２２に供給される。電動ポンプ２６の動作は、ＥＣＵ５０（図４）により制御される。
【0026】
改質器２２には、ＮＨＰＩ等の触媒が充填される。改質器２２には、改質器２２の温度を調整するヒータ２７が設けられ、温度に応じた改質率で、燃料タンク２１から供給されたガソリン燃料の一部を過酸化物に酸化改質する。酸化改質後の改質燃料には、改質率に応じた割合で、クメンヒドロペルオキシド等の過酸化物が含まれる。ヒータ２７の動作は、ＥＣＵ５０（図４）により制御される。
【0027】
改質器２２の出口と改質燃料タンク２３とは、配管２８を介して接続される。改質器２２で改質された改質燃料は、配管２８を介して改質燃料タンク２３に供給される。改質器２２と改質燃料タンク２３との間の配管２８には、凝縮器２９が設けられる。改質後の気体の燃料は、凝縮器２９で凝縮し、液体として改質燃料タンク２３に貯留される。改質燃料タンク２３には、例えば静電容量式の濃度センサ２３ａが設けられ、改質燃料タンク２３に液体として貯留された改質燃料の過酸化物濃度Ｃ１を検出する。濃度センサ２３ａによる検出結果を示す信号は、ＥＣＵ５０（図４）に送信される。
【0028】
燃料タンク２１の液相は、さらに、配管３０を介して混合器２４に接続される。燃料タンク２１に貯留されたガソリン燃料は、配管３０に設けられた電動ポンプ３１により、配管３０を介して混合器２４に供給される。改質燃料タンク２３の液相は、配管３２を介して混合器２４に接続される。改質燃料タンク２３に貯留された改質燃料は、配管３２に設けられた電動ポンプ３３により、配管３２を介して混合器２４に供給される。電動ポンプ３１，３３の動作は、ＥＣＵ５０（図４）により制御される。混合器２４には、例えば静電容量式の濃度センサ２４ａが設けられ、混合燃料の過酸化物濃度Ｃ２を検出する。濃度センサ２４ａによる検出結果を示す信号は、ＥＣＵ５０（図４）に送信される。エンジン１が筒内圧センサを有する場合は、筒内圧Ｐに基づいてエンジン１に供給されている燃料の着火性を推定し、燃料の着火性に基づいて燃料中の過酸化物濃度Ｃ２を推定してもよい。この場合、濃度センサ２４ａを省略してもよい。
【0029】
図４は、装置１００の要部構成の一例を模式的に示すブロック図である。図４に示すように、装置１００は、主にＥＣＵ５０により構成され、ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ等の処理部５１と、ＲＯＭ，ＲＡＭ等の記憶部５２と、Ｉ／Ｏインターフェース等の図示しないその他の周辺回路とを有するコンピュータを含んで構成される。ＥＣＵ５０は、エンジン１の動作を制御するエンジン制御用ＥＣＵの一部として構成されてもよい。
【0030】
ＥＣＵ５０には、クランク角センサ１７と、ノックセンサ１８と、濃度センサ２３ａ，２４ａとが電気的に接続され、各センサからの信号が入力される。また、ＥＣＵ５０には、スロットルバルブ１２、インジェクタ１３、点火プラグ１４、電動ポンプ２６，３１，３３、およびヒータ２７のアクチュエータが電気的に接続され、ＥＣＵ５０から各アクチュエータに制御信号が送信される。
【0031】
ＥＣＵ５０は、エンジン回転数、要求トルク等のエンジン１の運転条件に応じて、スロットルバルブ１２の開度、インジェクタ１３の燃料噴射時期および燃料噴射量、点火プラグ１４の点火時期、および点火プラグ１４による点火のオン、オフ等を制御する。スロットルバルブ１２の目標開度、インジェクタ１３の目標燃料噴射時期および目標燃料噴射量、点火プラグ１４の目標点火時期等は、エンジン１の運転条件に応じて予め定められ、特性マップ等としてＥＣＵ５０の記憶部５２に記憶される。また、ＥＣＵ５０は、濃度センサ２３ａにより検出される改質燃料の過酸化物濃度Ｃ１が、所定オクタン価に対応する所定濃度以上となるように、電動ポンプ２６およびヒータ２７を制御する。これにより、改質燃料タンク２３には、過酸化物濃度Ｃ１が所定濃度以上、オクタン価が所定値以下の改質燃料が貯留される。
【0032】
図５は、エンジン１に供給される燃料中の過酸化物濃度Ｃ２とオクタン価および着火性との関係について説明するための図である。図５に示すように、過酸化物濃度Ｃ２が高いほど、オクタン価が低く、着火性が高くなる。
【0033】
図６は、エンジン１の熱効率を向上する燃焼形態について説明するための図であり、予め設定され、ＥＣＵ５０の記憶部５２に記憶される特性マップの一例を示す。図６に示すように、エンジン１の熱効率を向上する観点では、要求トルクが第１所定値Ｔｅ１未満のときはＳＡＨＣＣＩ燃焼、第１所定値Ｔｅ１以上、第２所定値Ｔｅ２未満のときはＨＣＣＩ燃焼、第２所定値Ｔｅ２以上、第３所定値Ｔｅ３未満のときは、ＳＩ燃焼、第３所定値Ｔｅ３以上のときは、拡散燃焼を行うことが好ましい（Ｔｅ１＜Ｔｅ２＜Ｔｅ３）。第１所定値Ｔｅ１、第２所定値Ｔｅ２、および第３所定値Ｔｅ３は、エンジン回転数、要求トルク等のエンジン１の運転条件に応じて予め設定され、例えば特性マップとしてＥＣＵ５０の記憶部５２に記憶される。
【0034】
ＥＣＵ５０（処理部５１）は、記憶部５２に記憶された特性マップを参照し、エンジン１の要求トルクに応じて最適な燃焼形態を特定し、必要に応じて燃焼形態を切り替えるように、電動ポンプ３１，３３、スロットルバルブ１２、インジェクタ１３、および点火プラグ１４を制御する。より具体的には、ガソリン燃料による燃焼を行う場合は、電動ポンプ３３をオフ、電動ポンプ３１をオンにして、燃料タンク２１に貯留されたガソリン燃料をそのままインジェクタ１３に導く。改質燃料による燃焼を行う場合は、電動ポンプ３１をオフ、電動ポンプ３３をオンにして、改質燃料タンク２３に貯留された改質燃料をインジェクタ１３に導く。このとき、改質燃料タンク２３に貯留された改質燃料の残量が不足している場合には、電動ポンプ３３に加えて電動ポンプ３１もオンにして、ガソリン燃料と改質燃料との混合燃料をインジェクタ１３に導いてもよい。
【0035】
ＳＩ燃焼を行う場合は、記憶部５２に記憶されたＳＩ燃焼用の目標スロットル開度マップ、目標燃料噴射時期マップ、目標燃料噴射量マップ、目標点火時期マップに従ってスロットルバルブ１２、インジェクタ１３、点火プラグ１４を制御する。ＨＣＣＩ燃焼を行う場合は、記憶部５２に記憶されたＨＣＣＩ燃焼用の目標スロットル開度マップ、目標燃料噴射時期マップ、目標燃料噴射量マップに従ってスロットルバルブ１２、インジェクタ１３を制御するとともに、点火プラグ１４による点火をオフにする。ＳＡＨＣＣＩ燃焼を行う場合は、記憶部５２に記憶されたＳＡＨＣＣＩ燃焼用の目標スロットル開度マップ、目標燃料噴射時期マップ、目標燃料噴射量マップ、目標点火時期マップに従ってスロットルバルブ１２、インジェクタ１３、点火プラグ１４を制御する。拡散燃焼を行う場合は、記憶部５２に記憶された拡散燃焼用の目標スロットル開度マップ、目標燃料噴射時期マップ、目標燃料噴射量マップに従ってスロットルバルブ１２、インジェクタ１３を制御するとともに、点火プラグ１４による点火をオフにする。
【0036】
このように、要求トルクに応じて燃焼形態を切り替えることで、エンジン１の運転領域全体で熱効率を向上することができる。このとき、ガソリン燃料に加え、改質燃料を用いることで、中負荷領域でのＳＩ燃焼やＨＣＣＩ燃焼だけでなく、低負荷領域でのＨＣＣＩ燃焼やＳＡＨＣＣＩ燃焼、高負荷領域での拡散燃焼にも切り替えることができる。
【0037】
＜ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼への切り替え＞
ＥＣＵ５０は、ＳＩ燃焼を実行中に要求トルクが第２所定値Ｔｅ２未満になると、ノックセンサ１８により検出された振幅値Ｋが所定振幅値Ｋα未満、濃度センサ２４ａにより検出された過酸化物濃度Ｃ２が所定濃度Ｃα以上であることを条件として、ＨＣＣＩ燃焼への切り替えを行う。所定振幅値Ｋαおよび所定濃度Ｃαは、エンジン回転数、要求トルク等のエンジン１の運転条件に応じて予め設定され、例えば特性マップとしてＥＣＵ５０の記憶部５２に記憶される。
ＥＣＵ５０は、ＳＩ燃焼を実行中に要求トルクが第２所定値Ｔｅ２未満になると、ノックセンサ１８により検出された振幅値Ｋが所定振幅値Ｋα未満、濃度センサ２４ａにより検出された過酸化物濃度Ｃ２が所定濃度Ｃα以上であることを条件として、ＨＣＣＩ燃焼への切り替えを行う。所定振幅値Ｋαおよび所定濃度Ｃαは、エンジン回転数、要求トルク等のエンジン１の運転条件に応じて予め設定され、例えば特性マップとしてＥＣＵ５０の記憶部５２に記憶される。
【0038】
なお、過酸化物濃度Ｃ２が所定濃度Ｃα未満で、切り替えるべき改質燃料中の過酸化物濃度が不足している場合は、電動ポンプ２６およびヒータ２７を制御して改質燃料中の過酸化物濃度を増加させた上で切り替えを行うことができる。
【0039】
ＥＣＵ５０は、ＨＣＣＩ燃焼に切り替えた後、振幅値Ｋが所定振幅値Ｋα未満となった場合は、ＨＣＣＩ燃焼が安定して行われていると判定する。一方、振幅値Ｋが所定振幅値Ｋα以上となった場合は、改質燃料をガソリン燃料に戻す。この場合、ガソリン燃料によるＨＣＣＩ燃焼に移行する。ガソリン燃料によるＨＣＣＩ燃焼に移行した後も振幅値Ｋが所定振幅値Ｋα以上である場合は、燃焼形態をＳＩ燃焼に戻し、ガソリン燃料によるＳＩ燃焼に戻す。
【0040】
＜ＨＣＣＩ燃焼からＳＩ燃焼への切り替え＞
ＥＣＵ５０は、ＨＣＣＩ燃焼を実行中に要求トルクが第２所定値Ｔｅ２以上になると、振幅値Ｋが所定振幅値Ｋα以上であることを条件として、ＳＩ燃焼への切り替えを行う。ＥＣＵ５０は、ＳＩ燃焼に切り替えた後、振幅値Ｋが所定振幅値Ｋα未満となった場合は、ＳＩ燃焼が安定して行われていると判定する。一方、振幅値Ｋが所定振幅値Ｋα以上となった場合は、点火時期を遅角するように点火プラグ１４を制御する。振幅値Ｋが所定振幅値Ｋα未満となるまで点火時期を遅角することで、ＳＩ燃焼を安定させることができる。
ＥＣＵ５０は、ＨＣＣＩ燃焼を実行中に要求トルクが第２所定値Ｔｅ２以上になると、振幅値Ｋが所定振幅値Ｋα以上であることを条件として、ＳＩ燃焼への切り替えを行う。ＥＣＵ５０は、ＳＩ燃焼に切り替えた後、振幅値Ｋが所定振幅値Ｋα未満となった場合は、ＳＩ燃焼が安定して行われていると判定する。一方、振幅値Ｋが所定振幅値Ｋα以上となった場合は、点火時期を遅角するように点火プラグ１４を制御する。振幅値Ｋが所定振幅値Ｋα未満となるまで点火時期を遅角することで、ＳＩ燃焼を安定させることができる。
【0041】
＜ＨＣＣＩ燃焼からＳＡＨＣＣＩ燃焼への切り替え＞
ＥＣＵ５０は、クランク角センサ１７により検出されたクランク角θに基づいてクランク角加速度ｄ2θ／ｄ2ｔを算出する。ＥＣＵ５０は、ＨＣＣＩ燃焼を実行中に要求トルクが第１所定値Ｔｅ１未満になると、クランク角加速度ｄ2θ／ｄ2ｔが所定角速度ａα以上、振幅値Ｋが所定振幅値Ｋβ未満、過酸化物濃度Ｃ２が所定濃度Ｃβ以上であることを条件として、ＳＡＨＣＣＩ燃焼への切り替えを行う。所定角速度ａα、所定振幅値Ｋβ、および所定濃度Ｃβは、エンジン回転数、要求トルク等のエンジン１の運転条件に応じて予め設定され、例えば特性マップとしてＥＣＵ５０の記憶部５２に記憶される。
ＥＣＵ５０は、クランク角センサ１７により検出されたクランク角θに基づいてクランク角加速度ｄ2θ／ｄ2ｔを算出する。ＥＣＵ５０は、ＨＣＣＩ燃焼を実行中に要求トルクが第１所定値Ｔｅ１未満になると、クランク角加速度ｄ2θ／ｄ2ｔが所定角速度ａα以上、振幅値Ｋが所定振幅値Ｋβ未満、過酸化物濃度Ｃ２が所定濃度Ｃβ以上であることを条件として、ＳＡＨＣＣＩ燃焼への切り替えを行う。所定角速度ａα、所定振幅値Ｋβ、および所定濃度Ｃβは、エンジン回転数、要求トルク等のエンジン１の運転条件に応じて予め設定され、例えば特性マップとしてＥＣＵ５０の記憶部５２に記憶される。
【0042】
ＥＣＵ５０は、ＳＡＨＣＣＩ燃焼に切り替えた後、クランク角加速度ｄ2θ／ｄ2ｔが所定角速度ａα未満、振幅値Ｋが所定振幅値Ｋβ未満となった場合は、ＳＡＨＣＣＩ燃焼が安定して行われていると判定する。一方、クランク角加速度ｄ2θ／ｄ2ｔが所定角速度ａα以上または振幅値Ｋが所定振幅値Ｋβ以上となった場合は、点火時期を遅角するように点火プラグ１４を制御する。クランク角加速度ｄ2θ／ｄ2ｔが所定角速度ａα未満、振幅値Ｋが所定振幅値Ｋβ未満となるまで点火時期を遅角することで、ＳＡＨＣＣＩ燃焼を安定させることができる。
【0043】
ＥＣＵ５０は、ＨＣＣＩ燃焼からＳＡＨＣＣＩ燃焼への切り替えを行わない場合、過酸化物濃度Ｃ２が所定濃度Ｃβ以上のときは、ＨＣＣＩ燃焼を継続する。一方、過酸化物濃度Ｃ２が所定濃度Ｃβ未満のときは、ガソリン燃料によるＳＩ燃焼に切り替える。ＥＣＵ５０は、ＳＩ燃焼に切り替えた後、クランク角加速度ｄ2θ／ｄ2ｔが所定角速度ａα未満、振幅値Ｋが所定振幅値Ｋβ未満となった場合は、ＳＩ燃焼が安定して行われていると判定する。一方、クランク角加速度ｄ2θ／ｄ2ｔが所定角速度ａα以上または振幅値Ｋが所定振幅値Ｋβ以上となった場合は、点火時期を遅角するように点火プラグ１４を制御する。クランク角加速度ｄ2θ／ｄ2ｔが所定角速度ａα未満、振幅値Ｋが所定振幅値Ｋβ未満となるまで点火時期を遅角することで、ＳＩ燃焼を安定させることができる。
【0044】
＜ＳＡＨＣＣＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼への切り替え＞
ＥＣＵ５０は、ＳＡＨＣＣＩ燃焼を実行中に要求トルクが第１所定値Ｔｅ１以上になると、クランク角加速度ｄ2θ／ｄ2ｔが所定角速度ａα未満、振幅値Ｋが所定振幅値Ｋβ以上、過酸化物濃度Ｃ２が所定濃度Ｃγ以上であることを条件として、ＨＣＣＩ燃焼への切り替えを行う。所定濃度Ｃγは、エンジン回転数、要求トルク等のエンジン１の運転条件に応じて予め設定され、例えば特性マップとしてＥＣＵ５０の記憶部５２に記憶される。
ＥＣＵ５０は、ＳＡＨＣＣＩ燃焼を実行中に要求トルクが第１所定値Ｔｅ１以上になると、クランク角加速度ｄ2θ／ｄ2ｔが所定角速度ａα未満、振幅値Ｋが所定振幅値Ｋβ以上、過酸化物濃度Ｃ２が所定濃度Ｃγ以上であることを条件として、ＨＣＣＩ燃焼への切り替えを行う。所定濃度Ｃγは、エンジン回転数、要求トルク等のエンジン１の運転条件に応じて予め設定され、例えば特性マップとしてＥＣＵ５０の記憶部５２に記憶される。
【0045】
ＥＣＵ５０は、ＨＣＣＩ燃焼に切り替えた後、振幅値Ｋが所定振幅値Ｋβ未満となった場合は、ＨＣＣＩ燃焼が安定して行われていると判定する。一方、振幅値Ｋが所定振幅値Ｋβ以上となった場合は、改質燃料に代えてガソリン燃料を噴射するようにインジェクタ１３を制御する。着火性の高い改質燃料に代えて着火性の低いガソリン燃料を用いることで、ＨＣＣＩ燃焼を安定させることができる。
【0046】
＜ＳＩ燃焼から拡散燃焼への切り替え＞
ＥＣＵ５０は、ＳＩ燃焼を実行中に要求トルクが第３所定値Ｔｅ３以上になると、振幅値Ｋが所定振幅値Ｋγ以上であることを条件として、拡散燃焼への切り替えを行う。所定振幅値Ｋγは、エンジン回転数、要求トルク等のエンジン１の運転条件に応じて予め設定され、例えば特性マップとしてＥＣＵ５０の記憶部５２に記憶される。
ＥＣＵ５０は、ＳＩ燃焼を実行中に要求トルクが第３所定値Ｔｅ３以上になると、振幅値Ｋが所定振幅値Ｋγ以上であることを条件として、拡散燃焼への切り替えを行う。所定振幅値Ｋγは、エンジン回転数、要求トルク等のエンジン１の運転条件に応じて予め設定され、例えば特性マップとしてＥＣＵ５０の記憶部５２に記憶される。
【0047】
ＥＣＵ５０は、拡散燃焼に切り替えた後、振幅値Ｋが所定振幅値Ｋε未満となった場合は、拡散燃焼が安定して行われていると判定する。一方、振幅値Ｋが所定振幅値Ｋε以上となった場合は、燃料噴射時期を遅角するようにインジェクタ１３を制御する。振幅値Ｋが所定振幅値Ｋε未満となるまで燃料噴射時期を遅角することで、拡散燃焼を安定させることができる。所定振幅値Ｋεは、エンジン回転数、要求トルク等のエンジン１の運転条件に応じて予め設定され、例えば特性マップとしてＥＣＵ５０の記憶部５２に記憶される。
【0048】
＜拡散燃焼からＳＩ燃焼への切り替え＞
ＥＣＵ５０は、拡散燃焼を実行中に要求トルクが第３所定値Ｔｅ３未満になると、クランク角加速度ｄ2θ／ｄ2ｔが所定角速度ａβ以上、振幅値Ｋが所定振幅値Ｋε未満であることを条件として、ＳＩ燃焼への切り替えを行う。所定角速度ａβは、エンジン回転数、要求トルク等のエンジン１の運転条件に応じて予め設定され、例えば特性マップとしてＥＣＵ５０の記憶部５２に記憶される。
ＥＣＵ５０は、拡散燃焼を実行中に要求トルクが第３所定値Ｔｅ３未満になると、クランク角加速度ｄ2θ／ｄ2ｔが所定角速度ａβ以上、振幅値Ｋが所定振幅値Ｋε未満であることを条件として、ＳＩ燃焼への切り替えを行う。所定角速度ａβは、エンジン回転数、要求トルク等のエンジン１の運転条件に応じて予め設定され、例えば特性マップとしてＥＣＵ５０の記憶部５２に記憶される。
【0049】
ＥＣＵ５０は、ＳＩ燃焼に切り替えた後、クランク角加速度ｄ2θ／ｄ2ｔが所定角速度ａβ未満、振幅値Ｋが所定振幅値Ｋε未満となった場合は、ＳＩ燃焼が安定して行われていると判定する。一方、クランク角加速度ｄ2θ／ｄ2ｔが所定角速度ａβ以上または振幅値Ｋが所定振幅値Ｋε以上となった場合は、点火時期を遅角するように点火プラグ１４を制御する。クランク角加速度ｄ2θ／ｄ2ｔが所定角速度ａβ未満、振幅値Ｋが所定振幅値Ｋε未満となるまで点火時期を遅角することで、ＳＩ燃焼を安定させることができる。
【0050】
図７～図１３は、図４のＥＣＵ５０により実行される燃焼形態切替処理の一例を示すフローチャートである。図７～図１３の処理は、エンジン１の運転中、所定周期で繰り返し実行される。図７に示すように、先ずステップＳ１で、記憶部５２に記憶された特性マップを参照し、エンジン１の運転条件に応じて最適な燃焼形態を特定する。次いでステップＳ２で、現在実行中の燃焼形態とステップＳ１で特定された最適な燃焼形態とが異なり、燃焼形態を切り替える必要があるか否かを判定する。ステップＳ２で肯定されると、ステップＳ３に進み、図８～図１３の切替処理を実行する。ステップＳ２で否定されると、処理を終了する。
【0051】
図８は、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼に切り替えるときの切替処理の一例を示す。図８に示すように、先ずステップＳ１０で、振幅値Ｋが所定振幅値Ｋα未満であり、かつ、過酸化物濃度Ｃ２が所定濃度Ｃα以上であるか否かを判定する。ステップＳ１０で肯定されると、ステップＳ１１に進み、改質燃料によるＨＣＣＩ燃焼を行うように、電動ポンプ３１，３３、スロットルバルブ１２、インジェクタ１３、および点火プラグ１４を制御する。次いでステップＳ１２で、振幅値Ｋが所定振幅値Ｋα未満であるか否かを判定する。ステップＳ１２で肯定されると、燃焼が安定して行われていると判定し、処理を終了する。ステップＳ１２で否定されると、ステップＳ１３に進み、ガソリン燃料によるＨＣＣＩ燃焼を行うように、電動ポンプ３１，３３、スロットルバルブ１２、インジェクタ１３、および点火プラグ１４を制御する。次いでステップＳ１４で、振幅値Ｋが所定振幅値Ｋα未満であるか否かを判定する。ステップＳ１４で肯定されると、燃焼が安定して行われていると判定し、処理を終了する。ステップＳ１４で否定されると、ステップＳ１５に進み、ガソリン燃料によるＳＩ燃焼を行うように、電動ポンプ３１，３３、スロットルバルブ１２、インジェクタ１３、および点火プラグ１４を制御する。
【0052】
図９は、ＨＣＣＩ燃焼からＳＩ燃焼に切り替えるときの切替処理の一例を示す。図９に示すように、先ずステップＳ２０で、振幅値Ｋが所定振幅値Ｋα以上であるか否かを判定する。ステップＳ２０で肯定されると、ステップＳ２１に進み、ガソリン燃料によるＳＩ燃焼を行うように、電動ポンプ３１，３３、スロットルバルブ１２、インジェクタ１３、および点火プラグ１４を制御する。次いでステップＳ２２で、振幅値Ｋが所定振幅値Ｋα未満であるか否かを判定する。ステップＳ２２で肯定されると、燃焼が安定して行われていると判定し、処理を終了する。ステップＳ２２で否定されると、ステップＳ２３に進み、点火時期を遅角するように点火プラグ１４を制御する。ステップＳ２０で否定されると、ステップＳ２４に進み、ＨＣＣＩ燃焼を継続するように、電動ポンプ３１，３３、スロットルバルブ１２、インジェクタ１３、および点火プラグ１４を制御する。
【0053】
図１０は、ＨＣＣＩ燃焼からＳＡＨＣＣＩ燃焼に切り替えるときの切替処理の一例を示す。図１０に示すように、先ずステップＳ３０で、クランク角加速度ｄ2θ／ｄ2ｔが所定角速度ａα以上であり、かつ、振幅値Ｋが所定振幅値Ｋβ未満であり、かつ、過酸化物濃度Ｃ２が所定濃度Ｃβ以上であるか否かを判定する。ステップＳ３０で肯定されると、ステップＳ３１に進み、改質燃料によるＳＡＨＣＣＩ燃焼を行うように、電動ポンプ３１，３３、スロットルバルブ１２、インジェクタ１３、および点火プラグ１４を制御する。次いでステップＳ３２で、クランク角加速度ｄ2θ／ｄ2ｔが所定角速度ａα未満であり、かつ、振幅値Ｋが所定振幅値Ｋβ未満であるか否かを判定する。ステップＳ３２で肯定されると、燃焼が安定して行われていると判定し、処理を終了する。ステップＳ３２で否定されると、ステップＳ３３に進み、点火時期を遅角するように点火プラグ１４を制御する。
【0054】
ステップＳ３０で否定されると、ステップＳ３４に進み、過酸化物濃度Ｃ２が所定濃度Ｃβ未満であるか否かを判定する。ステップＳ３４で肯定されると、ステップＳ３５に進み、ガソリン燃料によるＳＩ燃焼を行うように、電動ポンプ３１，３３、スロットルバルブ１２、インジェクタ１３、および点火プラグ１４を制御する。次いでステップＳ３６で、クランク角加速度ｄ2θ／ｄ2ｔが所定角速度ａα未満であり、かつ、振幅値Ｋが所定振幅値Ｋβ未満であるか否かを判定する。ステップＳ３６で肯定されると、燃焼が安定して行われていると判定し、処理を終了する。ステップＳ３６で否定されると、ステップＳ３７に進み、点火時期を遅角するように点火プラグ１４を制御する。ステップＳ３４で否定されると、ステップＳ３８に進み、ＨＣＣＩ燃焼を継続するように、電動ポンプ３１，３３、スロットルバルブ１２、インジェクタ１３、および点火プラグ１４を制御する。
【0055】
図１１は、ＳＡＨＣＣＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼に切り替えるときの切替処理の一例を示す。図１１に示すように、先ずステップＳ４０で、クランク角加速度ｄ2θ／ｄ2ｔが所定角速度ａα未満であり、かつ、振幅値Ｋが所定振幅値Ｋβ以上であり、かつ、過酸化物濃度Ｃ２が所定濃度Ｃγ以上であるか否かを判定する。ステップＳ４０で肯定されると、ステップＳ４１に進み、改質燃料によるＨＣＣＩ燃焼を行うように、電動ポンプ３１，３３、スロットルバルブ１２、インジェクタ１３、および点火プラグ１４を制御する。次いでステップＳ４２で、振幅値Ｋが所定振幅値Ｋβ未満であるか否かを判定する。ステップＳ４２で肯定されると、燃焼が安定して行われていると判定し、処理を終了する。ステップＳ４２で否定されると、ステップＳ４３に進み、ガソリン燃料によるＨＣＣＩ燃焼を行うように、電動ポンプ３１，３３、スロットルバルブ１２、インジェクタ１３、および点火プラグ１４を制御する。ステップＳ４０で否定されると、ステップＳ４４に進み、ＳＡＨＣＣＩ燃焼を継続するように、電動ポンプ３１，３３、スロットルバルブ１２、インジェクタ１３、および点火プラグ１４を制御する。
【0056】
図１２は、ＳＩ燃焼から拡散燃焼に切り替えるときの切替処理の一例を示す。図１２に示すように、先ずステップＳ５０で、振幅値Ｋが所定振幅値Ｋγ以上であるか否かを判定する。ステップＳ５０で肯定されると、ステップＳ５１に進み、改質燃料による拡散燃焼を行うように、電動ポンプ３１，３３、スロットルバルブ１２、インジェクタ１３、および点火プラグ１４を制御する。次いでステップＳ５２で、振幅値Ｋが所定振幅値Ｋε未満であるか否かを判定する。ステップＳ５２で肯定されると、燃焼が安定して行われていると判定し、処理を終了する。ステップＳ５２で否定されると、ステップＳ５３に進み、噴射時期を遅角するようにインジェクタ１３を制御する。ステップＳ５０で否定されると、ステップＳ５４に進み、ガソリン燃料によるＳＩ燃焼を継続するように、電動ポンプ３１，３３、スロットルバルブ１２、インジェクタ１３、および点火プラグ１４を制御する。
【0057】
図１３は、拡散燃焼からＳＩ燃焼に切り替えるときの切替処理の一例を示す。図１３に示すように、先ずステップＳ６０で、クランク角加速度ｄ2θ／ｄ2ｔが所定角速度ａβ以上であり、かつ、振幅値Ｋが所定振幅値Ｋε未満であるか否かを判定する。ステップＳ６０で肯定されると、ステップＳ６１に進み、ガソリン燃料によるＳＩ燃焼を行うように、電動ポンプ３１，３３、スロットルバルブ１２、インジェクタ１３、および点火プラグ１４を制御する。次いでステップＳ６２で、クランク角加速度ｄ2θ／ｄ2ｔが所定角速度ａβ未満であり、かつ、振幅値Ｋが所定振幅値Ｋε未満であるか否かを判定する。ステップＳ６２で肯定されると、燃焼が安定して行われていると判定し、処理を終了する。ステップＳ６２で否定されると、ステップＳ６３に進み、点火時期を遅角するように点火プラグ１４を制御する。ステップＳ６０で否定されると、ステップＳ６４に進み、改質燃料による拡散燃焼を継続するように、電動ポンプ３１，３３、スロットルバルブ１２、インジェクタ１３、および点火プラグ１４を制御する。
【0058】
本実施形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）装置１００は、燃焼室１０に燃料を噴射するインジェクタ１３と燃焼室１０内の燃料と空気との混合気に点火する点火プラグ１４とを有するエンジン１と、エンジン１の要求トルクに応じて燃焼形態を切り替えるようにインジェクタ１３と点火プラグ１４とを制御するＥＣＵ５０とを備える（図２、図４、図７）。燃焼形態は、ガソリン燃料の点火を伴うＳＩ燃焼と、ガソリン燃料の一部を過酸化物に改質した改質燃料の点火を伴わないＨＣＣＩ燃焼と、改質燃料の点火を伴うＳＡＨＣＣＩ燃焼と、改質燃料の点火を伴わない拡散燃焼とを含む（図６）。
（１）装置１００は、燃焼室１０に燃料を噴射するインジェクタ１３と燃焼室１０内の燃料と空気との混合気に点火する点火プラグ１４とを有するエンジン１と、エンジン１の要求トルクに応じて燃焼形態を切り替えるようにインジェクタ１３と点火プラグ１４とを制御するＥＣＵ５０とを備える（図２、図４、図７）。燃焼形態は、ガソリン燃料の点火を伴うＳＩ燃焼と、ガソリン燃料の一部を過酸化物に改質した改質燃料の点火を伴わないＨＣＣＩ燃焼と、改質燃料の点火を伴うＳＡＨＣＣＩ燃焼と、改質燃料の点火を伴わない拡散燃焼とを含む（図６）。
【0059】
ＥＣＵ５０は、要求トルクが第１所定値Ｔｅ１未満であるとき、燃焼形態をＳＡＨＣＣＩ燃焼に切り替え、要求トルクが第１所定値Ｔｅ１以上であり、かつ、第１所定値Ｔｅ１よりも大きい第２所定値Ｔｅ２未満であるとき、燃焼形態をＨＣＣＩ燃焼に切り替え、要求トルクが第２所定値Ｔｅ２以上であり、かつ、第２所定値Ｔｅ２よりも大きい第３所定値Ｔｅ３未満であるとき、燃焼形態をＳＩ燃焼に切り替え、要求トルクが第３所定値Ｔｅ３以上であるとき、燃焼形態を拡散燃焼に切り替えるように、インジェクタ１３と点火プラグ１４とを制御する（図６～図１３）。このように、エンジン１の要求トルクに応じて燃焼形態を切り替え、最適な燃焼形態を採ることで、エンジン１の運転領域全体で熱効率を向上することができる。
【0060】
（２）装置１００は、燃焼室１０に噴射される燃料の過酸化物濃度Ｃ２を検出する濃度センサ２４ａと、エンジン１の振動の振幅値Ｋを検出するノックセンサ１８とを備える（図４）。ＥＣＵ５０は、ノックセンサ１８により検出された振幅値Ｋが所定振幅値Ｋα未満であり、かつ、濃度センサ２４ａにより検出された過酸化物濃度Ｃ２が所定濃度Ｃα以上であることを条件として、ＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼に切り替えるようにインジェクタ１３と点火プラグ１４とを制御する（図８）。
【0061】
（３）装置１００は、エンジン１の振動の振幅値Ｋを検出するノックセンサ１８を備える（図４）。ＥＣＵ５０は、ノックセンサ１８により検出された振幅値Ｋが所定振幅値Ｋα以上であることを条件として、ＨＣＣＩ燃焼からＳＩ燃焼に切り替えるようにインジェクタ１３と点火プラグ１４とを制御する（図９）。
【0062】
エンジン１の中負荷領域ではＳＩ燃焼、低負荷領域ではＨＣＣＩ燃焼を採用することで、ポンピングロスによる熱効率低下を解消し、エンジン１の低負荷領域での熱効率を向上することができる。このとき、エンジン１の振動の振幅値Ｋや過酸化物濃度Ｃ２が所定の条件を満たすことを条件として燃焼形態の切り替えを行うことで、燃焼形態を切り替える際の燃焼の安定性を確保することができる。
【0063】
（４）装置１００は、エンジン１のクランク角θを検出するクランク角センサ１７と、燃焼室１０に噴射される燃料の過酸化物濃度Ｃ２を検出する濃度センサ２４ａと、エンジン１の振動の振幅値Ｋを検出するノックセンサ１８とを備える（図４）。ＥＣＵ５０は、クランク角センサ１７により検出されたクランク角θに基づいてクランク角加速度ｄ2θ／ｄ2ｔを算出し、算出されたクランク角加速度ｄ2θ／ｄ2ｔが所定角速度ａα以上であり、かつ、ノックセンサ１８により検出された振幅値Ｋが所定振幅値Ｋβ未満であり、かつ、濃度センサ２４ａにより検出された過酸化物濃度Ｃ２が所定濃度Ｃβ以上であることを条件として、ＨＣＣＩ燃焼からＳＡＨＣＣＩ燃焼に切り替えるようにインジェクタ１３と点火プラグ１４とを制御する（図１０）。
【0064】
（５）装置１００は、エンジン１のクランク角θを検出するクランク角センサ１７と、燃焼室１０に噴射される燃料の過酸化物濃度Ｃ２を検出する濃度センサ２４ａと、エンジン１の振動の振幅値Ｋを検出するノックセンサ１８とを備える（図４）。ＥＣＵ５０は、クランク角センサ１７により検出されたクランク角θに基づいてクランク角加速度ｄ2θ／ｄ2ｔを算出し、算出されたクランク角加速度ｄ2θ／ｄ2ｔが所定角速度ａα未満であり、かつ、ノックセンサ１８により検出された振幅値Ｋが所定振幅値Ｋβ以上であり、かつ、濃度センサ２４ａにより検出された過酸化物濃度Ｃ２が所定濃度Ｃγ以上であることを条件として、ＳＡＨＣＣＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼に切り替えるようにインジェクタ１３と点火プラグ１４とを制御する（図１１）。
【0065】
エンジン１の低負荷領域の中でも特に要求トルクの小さい極低負荷領域ではＳＡＨＣＣＩ燃焼を採用し、点火により燃料の自己着火を補助することで、極低負荷領域での燃焼の安定性を確保することができる。このとき、エンジン１の振動の振幅値Ｋや過酸化物濃度Ｃ２、クランク角加速度ｄ2θ／ｄ2ｔが所定の条件を満たすことを条件として燃焼形態の切り替えを行うことで、燃焼形態を切り替える際の燃焼の安定性を確保することができる。
【0066】
（６）装置１００は、エンジン１の振動の振幅値Ｋを検出するノックセンサ１８を備える（図４）。ＥＣＵ５０は、ノックセンサ１８により検出された振幅値Ｋが所定振幅値Ｋγ以上であることを条件として、ＳＩ燃焼から拡散燃焼に切り替えるようにインジェクタ１３と点火プラグ１４とを制御する（図１２）。
【0067】
（７）装置１００は、エンジン１のクランク角θを検出するクランク角センサ１７と、エンジン１の振動の振幅値Ｋを検出するノックセンサ１８と備える（図４）。ＥＣＵ５０は、クランク角センサ１７により検出されたクランク角θに基づいてクランク角加速度ｄ2θ／ｄ2ｔを算出し、算出されたクランク角加速度ｄ2θ／ｄ2ｔが所定角速度ａβ以上、かつ、ノックセンサ１８により検出された振幅値Ｋが所定振幅値Ｋε未満であることを条件として、拡散燃焼からＳＩ燃焼に切り替えるようにインジェクタ１３と点火プラグ１４とを制御する（図１３）。
【0068】
エンジン１の中負荷領域ではＳＩ燃焼、高負荷領域では拡散燃焼を採用することで、ノッキング回避のための点火時期遅角による熱効率低下を解消し、エンジン１の高負荷領域での熱効率を向上することができる。このとき、エンジン１の振動の振幅値Ｋやクランク角加速度ｄ2θ／ｄ2ｔが所定の条件を満たすことを条件として燃焼形態の切り替えを行うことで、燃焼形態を切り替える際の燃焼の安定性を確保することができる。
【0069】
上記実施形態では、図２等でエンジン１の内部構成を例示して説明したが、インジェクタや点火プラグの配置等のエンジンの内部構成は、図示したものに限定されない。
【0070】
上記実施形態では、車両に搭載された改質器２２によりオンボードで改質した改質燃料を用いる例を説明したが、ガソリン燃料の一部を過酸化物に改質した改質燃料は、このようなものに限定されない。例えば、予め製造され、車載燃料タンクに貯留された改質燃料であってもよい。
【0071】
上記実施形態では、図３、図４等で改質燃料を改質燃料タンク２３に貯留し、ＥＣＵ５０が電動ポンプ３３およびインジェクタ１３を制御することで改質燃料をエンジン１に供給する例を説明したが、インジェクタを制御する制御部は、このようなものに限定されない。例えば、電動ポンプ３３に代えて電動ポンプ２６およびヒータ２７を制御し、改質器２２のオン、オフを切り替えたり、改質器２２による改質率や改質量を調整したりすることで改質燃料をエンジン１に供給してもよい。この場合、改質燃料タンク２３および電動ポンプ３３を設けなくてもよい。
【0072】
上記実施形態では、図３等でガソリン燃料と改質燃料とを混合する混合器２４を設ける例を説明したが、十分な量の改質燃料を供給できる場合には混合器２４を設けなくてもよい。
【0073】
以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態と変形例の１つまたは複数を任意に組み合わせることも可能であり、変形例同士を組み合わせることも可能である。
【符号の説明】
【0074】
１ エンジン、１０ 燃焼室、１３ インジェクタ、１４ 点火プラグ、１７ クランク角センサ、１８ ノックセンサ、２０ 燃料供給路、２１ 燃料タンク、２２ 改質器、２３ 改質燃料タンク、２３ａ，２４ａ 濃度センサ、２４ 混合器、２６，３１，３３ 電動ポンプ、２７ ヒータ、５０ ＥＣＵ、５１ 処理部、５２ 記憶部、１００ エンジン制御装置（装置）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】