(57)【要約】【課題】リーン燃焼運転を行う内燃機関において、リーン限界を適切に設定することにより、燃焼が不安定になることを抑制する。【解決手段】内燃機関（エンジン１）の制御方法は、制御部（ＥＣＵ１０）が、燃焼変動の許容値を設定するステップと、制御部が、燃焼変動の許容値とリーン限界の設定に関係するモデルとから、混合気の燃料比のリーン限界を設定するステップと、制御部が、燃料比がリーン限界を超えないように、状態量調節部及び燃料供給部を通じて筒内状態量及び燃料量を調節しかつ、混合気を燃焼させるステップと、制御部が、燃焼時に筒内圧センサが出力した信号に基づき推定した燃焼変動とモデルとから、混合気の燃料比を推定するステップと、制御部が、推定した燃料比と、計測した実際の燃料比との比較に基づいて、前記モデルを修正するステップと、を備えている。【選択図】図７
2020169595.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リーン燃焼運転が可能な内燃機関の制御方法であって、
制御部が、前記内燃機関の運転状態に基づいて燃焼変動の許容値を設定するステップと、
前記制御部が、前記設定した燃焼変動の許容値とリーン限界の設定に関係するモデルとから、混合気の燃料比のリーン限界を設定するステップと、
前記制御部が、前記燃料比が前記リーン限界を超えないように、状態量調節部及び燃料供給部を通じて前記内燃機関の筒内状態量及び燃料量を調節しかつ、混合気を燃焼させるステップと、
前記制御部が、燃焼時に筒内圧センサが出力した信号に基づき推定した燃焼変動と前記モデルとから、混合気の燃料比を推定するステップと、
前記制御部が、前記推定した燃料比と、計測した実際の燃料比との比較に基づいて、前記モデルを修正するステップと、
を備えている内燃機関の制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の制御方法において、
前記モデルは、
燃焼変動と筒内平均圧力との関係を定めた第１モデルと、
前記筒内平均圧力と燃料噴射量とに基づき算出される熱効率と、質量燃焼割合が所定値となる特定クランク角度との関係を定めた第２モデルと、
前記特定クランク角度と燃焼期間との関係を定めた第３モデルと、
前記燃焼期間と前記リーン限界との関係を定めた第４モデルとを含んでいる内燃機関の制御方法。
【請求項３】
リーン燃焼運転が可能な内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関に取り付けられた燃料供給部と、
前記内燃機関の筒内状態量を調節する状態量調節部と、
混合気の燃料比が、前記内燃機関の運転状態に応じて定まるリーン限界を超えないように、前記燃料供給部及び前記状態量調節部に制御信号を出力する制御部と、
前記制御部に接続されると共に、筒内の圧力に対応する信号を前記制御部へ出力する筒内圧センサと、
前記制御部に接続されると共に、前記燃料比に関する信号を前記制御部へ出力するセンサと、を備え、
前記制御部は、
前記内燃機関の運転状態に基づいて燃焼変動の許容値を設定する許容値設定部と、
前記設定した燃焼変動の許容値とモデルとから、混合気の燃料比のリーン限界を設定するリーン限界設定部と、
前記燃料比が前記リーン限界を超えないように、状態量調節部及び燃料供給部を通じて前記内燃機関の筒内状態量及び燃料量を調節しかつ、混合気を燃焼させる燃料比調節部と、
燃焼時に前記筒内圧センサが出力した信号に基づき推定した燃焼変動と前記モデルとから、混合気の燃料比を推定する燃料比推定部と、
前記推定した燃料比と、前記センサの信号に基づく実際の燃料比との比較に基づいて、前記モデルを修正する修正部と、を有している内燃機関の制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の内燃機関の制御装置において、
前記モデルは、
燃焼変動と筒内平均圧力との関係を定めた第１モデルと、
前記筒内平均圧力と燃料噴射量とに基づき算出される熱効率と、質量燃焼割合が所定値となる特定クランク角度との関係を定めた第２モデルと、
前記特定クランク角度と燃焼期間との関係を定めた第３モデルと、
前記燃焼期間と前記リーン限界との関係を定めた第４モデルとを含んでいる内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに開示する技術は、内燃機関の制御装置及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、エンジンのクランキングを開始して目標回転速度に到達した後、空燃比フィードバック制御を開始する前の期間において、閾値を超えて燃焼不安定である場合は、燃料噴射量を増やし、空燃比をリッチ側にすることで燃焼安定性を図ることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２４３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、燃費性能の向上や排出ガスのクリーン化を目的として、混合気を理論空燃比よりもリーンにして燃焼させる内燃機関が知られている。リーン燃焼運転を行う内燃機関においては、混合気をリーンにした方が燃費性能の向上や排出ガスのクリーン化に有利になるが、リーンにし過ぎると、燃焼変動が大きくなって、ドライバビリティが低下してしまうという問題がある。
【０００５】
この問題を回避するために、リーン燃焼運転を行う内燃機関においては、内燃機関の運転状態に基づいて燃焼変動の許容値を定め、当該燃焼変動の許容値を満たすように混合気のリーン限界を定めることが考えられる。
【０００６】
ところが、本願発明者等の検討によると、燃焼変動と燃料比との関係は、内燃機関毎に個体差があると共に、経年によって、燃焼変動と燃料比との関係が変化することがわかった。つまり、燃焼変動の許容値と燃料比との関係から定めたリーン限界が、真のリーン限界からずれることで、燃焼変動が許容値を超えてしまう恐れがある。
【０００７】
また、混合気を理論空燃比よりもリーンする、いわゆるＡ／Ｆリーン運転に限らず、空燃比を理論空燃比にしつつ、ＥＧＲガスを筒内に導入する、いわゆるＧ／Ｆリーン運転においても同様の問題が生じる。
【０００８】
尚、「燃料比」の文言は、ここでは、燃焼室内の空気と燃料との比率（つまりＡ／Ｆ）、及び、燃焼室内のガスと燃料との比率（つまりＧ／Ｆ）の総称として用いている。また、リーン燃焼運転は、Ａ／Ｆリーン燃焼運転及びＧ／Ｆリーン燃焼運転の両方を含む。
【０００９】
ここに開示する技術は、リーン燃焼運転を行う内燃機関において、リーン限界を適切に設定することにより、燃焼が不安定になることを抑制する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
ここに開示する技術は、リーン燃焼運転が可能な内燃機関の制御方法に関する。この制御方法は、
制御部が、前記内燃機関の運転状態に基づいて燃焼変動の許容値を設定するステップと、
前記制御部が、前記設定した燃焼変動の許容値とリーン限界の設定に関係するモデルとから、混合気の燃料比のリーン限界を設定するステップと、
前記制御部が、前記燃料比が前記リーン限界を超えないように、状態量調節部及び燃料供給部を通じて前記内燃機関の筒内状態量及び燃料量を調節しかつ、混合気を燃焼させるステップと、
前記制御部が、燃焼時に筒内圧センサが出力した信号に基づき推定した燃焼変動と前記モデルとから、混合気の燃料比を推定するステップと、
前記制御部が、前記推定した燃料比と、計測した実際の燃料比との比較に基づいて、前記モデルを修正するステップと、
を備えている。
【００１１】
この構成によると、制御部は、筒内圧センサが出力した信号に基づき推定した燃焼変動とモデルとから、混合気の燃料比を推定すると共に、その推定した燃料比と、計測した実際の燃料比との比較に基づいて、モデルを修正する。モデルは、燃焼変動の許容値からリーン限界を設定するために用いるモデルである。燃焼変動と燃料比との関係を定めるモデルを随時修正することによって、制御部はリーン限界を正確に定めることができる。
【００１２】
その結果、リーン燃焼運転を行っている時に、正確なリーン限界に基づいて燃料比を調節することによって、燃焼が不安定になることが抑制される。自動車のドライバビリティの低下が抑制される。また、正確なリーン限界に基づいて、燃料比をできるだけリーンにすることができるから、自動車の燃費性能の向上に有利になる。
【００１３】
前記モデルは、
燃焼変動と筒内平均圧力との関係を定めた第１モデルと、
前記筒内平均圧力と燃料噴射量とに基づき算出される熱効率と、質量燃焼割合が所定値となる特定クランク角度との関係を定めた第２モデルと、
前記特定クランク角度と燃焼期間との関係を定めた第３モデルと、
前記燃焼期間と前記リーン限界との関係を定めた第４モデルとを含んでいる、としてもよい。
【００１４】
こうすることで、燃焼変動の許容値からリーン限界を適切に定めることができる。
【００１５】
ここに開示する技術は、リーン燃焼運転が可能な内燃機関の制御装置に関係する。この制御装置は、
前記内燃機関に取り付けられた燃料供給部と、
前記内燃機関の筒内状態量を調節する状態量調節部と、
混合気の燃料比が、前記内燃機関の運転状態に応じて定まるリーン限界を超えないように、前記燃料供給部及び前記状態量調節部に制御信号を出力する制御部と、
前記制御部に接続されると共に、前記筒内の圧力に対応する信号を前記制御部へ出力する筒内圧センサと、
前記制御部に接続されると共に、前記燃料比に関する信号を前記制御部へ出力するセンサと、を備え、
前記制御部は、
前記内燃機関の運転状態に基づいて燃焼変動の許容値を設定する許容値設定部と、
前記設定した燃焼変動の許容値とモデルとから、混合気の燃料比のリーン限界を設定するリーン限界設定部と、
前記燃料比が前記リーン限界を超えないように、状態量調節部及び燃料供給部を通じて前記内燃機関の筒内状態量及び燃料量を調節しかつ、混合気を燃焼させる燃料比調節部と、
燃焼時に前記筒内圧センサが出力した信号に基づき推定した燃焼変動と前記モデルとから、混合気の燃料比を推定する燃料比推定部と、
前記推定した燃料比と、前記センサの信号に基づく実際の燃料比との比較に基づいて、前記モデルを修正する修正部と、を有している。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、前記の内燃機関の制御装置及び制御方法は、リーン燃焼運転を行う内燃機関において、リーン限界を適切に設定することにより、燃焼が不安定にならないように燃料比を調節することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【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、エンジンの運転マップを例示する図である。
【図６】図６は、エンジンの燃料比調節制御を実行するＥＣＵの機能ブロックを例示するブロック図である。
【図７】図７は、エンジンの燃料比調節制御を例示するブロック図である。
【図８】図８は、基本モデルの構成を説明するブロック図である。
【図９】図９は、エンジンの燃料比調節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】
【００１８】
以下、内燃機関の制御装置に関する実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明は、内燃機関としてのエンジン、及び、エンジンの制御装置の一例である。
【００１９】
図１は、エンジンシステムの構成を例示する図である。図２は、エンジンの燃焼室の構成を例示する図である。尚、図１における吸気側は紙面左側であり、排気側は紙面右側である。図２における吸気側は紙面右側であり、排気側は紙面左側である。図３は、エンジンの制御装置の構成を例示するブロック図である。
【００２０】
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。
【００２１】
（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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
エンジン１の幾何学的圧縮比は、１０以上３０以下に設定されている。後述するようにエンジン１は、一部の運転領域において、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせたＳＰＣＣＩ燃焼を行う。ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼による発熱と圧力上昇とを利用して、ＣＩ燃焼をコントロールする。エンジン１は、圧縮着火式である。このエンジン１は、ピストン３が圧縮上死点に至った時の燃焼室１７の温度（つまり、圧縮端温度）を高くする必要がない。エンジン１は、幾何学的圧縮比を、比較的低く設定することが可能である。幾何学的圧縮比を低くすると、冷却損失の低減、及び、機械損失の低減に有利になる。エンジン１の幾何学的圧縮比は、レギュラー仕様（燃料のオクタン価が９１程度の低オクタン価燃料）においては、１４〜１７とし、ハイオク仕様（燃料のオクタン価が９６程度の高オクタン価燃料）においては、１５〜１８としてもよい。
【００２６】
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。
【００２７】
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。吸気弁２１及び吸気電動Ｓ−ＶＴ２３は、状態量調節部の一例である。
【００２８】
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。
【００２９】
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。排気弁２２及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４は、状態量調節部の一例である。
【００３０】
吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４は、吸気弁２１と排気弁２２との両方が開弁するオーバーラップ期間の長さを調節する。オーバーラップ期間の長さを長くすると、燃焼室１７の中の残留ガスを掃気することができる。また、オーバーラップ期間の長さを調節することによって、内部ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガスを燃焼室１７の中に導入することができる。吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４は、内部ＥＧＲシステムを構成している。尚、内部ＥＧＲシステムは、Ｓ−ＶＴによって構成されるものに限らない。
【００３１】
シリンダヘッド１３には、シリンダ１１毎に、インジェクタ６が取り付けられている。インジェクタ６は、燃焼室１７の中に燃料を直接噴射する。インジェクタ６は、燃料供給部の一例である。インジェクタ６は、傾斜面１３１１と傾斜面１３１２とが交差するペントルーフの谷部に配設されている。図２に示すように、インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２は、シリンダ１１の中心軸Ｘ１よりも排気側に位置している。インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２は、中心軸Ｘ１に平行である。インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２とキャビティ３１の中心とは一致している。インジェクタ６は、キャビティ３１に対向している。尚、インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２は、シリンダ１１の中心軸Ｘ１と一致していてもよい。その構成の場合に、インジェクタ６の噴射軸心Ｘ２と、キャビティ３１の中心とは一致していてもよい。
【００３２】
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。
【００３３】
インジェクタ６には、燃料供給システム６１が接続されている。燃料供給システム６１は、燃料を貯留するよう構成された燃料タンク６３と、燃料タンク６３とインジェクタ６とを互いに連結する燃料供給路６２とを備えている。燃料供給路６２には、燃料ポンプ６５とコモンレール６４とが介設している。燃料ポンプ６５は、コモンレール６４に燃料を送る。燃料ポンプ６５は、この構成例においては、クランクシャフト１５によって駆動されるプランジャー式のポンプである。コモンレール６４は、燃料ポンプ６５から送られた燃料を、高い燃料圧力で蓄える。インジェクタ６が開弁すると、コモンレール６４に蓄えられていた燃料が、インジェクタ６の噴口から燃焼室１７の中に噴射される。燃料供給システム６１は、３０ＭＰａ以上の高い圧力の燃料を、インジェクタ６に供給することが可能である。インジェクタ６に供給する燃料の圧力は、エンジン１の運転状態に応じて変更してもよい。尚、燃料供給システム６１の構成は、前記の構成に限定されない。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。スロットル弁４３は状態量調節部の一例である。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。過給システム４９は状態量調節部の一例である。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。ＥＧＲシステム５５は、状態量調節部の一例である。
【００５０】
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。
【００５１】
内燃機関の制御装置は、エンジン１を運転するためのＥＣＵ（Engine Control Unit）１０を備えている。ＥＣＵ１０は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラーであって、図３に示すように、プログラムを実行する中央演算処理装置（Central Processing Unit：ＣＰＵ）１０１と、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）により構成されてプログラム及びデータを格納するメモリ１０２と、電気信号の入出力をする入出力バス１０３と、を備えている。ＥＣＵ１０は、制御部の一例である。
【００５２】
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。
【００５３】
エアフローセンサＳＷ１：吸気通路４０におけるエアクリーナー４１の下流に配置されかつ、吸気通路４０を流れる新気の流量を計測する
第１吸気温度センサＳＷ２：吸気通路４０におけるエアクリーナー４１の下流に配置されかつ、吸気通路４０を流れる新気の温度を計測する
第１圧力センサＳＷ３：吸気通路４０におけるＥＧＲ通路５２の接続位置よりも下流でかつ、過給機４４の上流に配置されかつ、過給機４４に流入するガスの圧力を計測する
第２吸気温度センサＳＷ４：吸気通路４０における過給機４４の下流でかつ、バイパス通路４７の接続位置よりも上流に配置されかつ、過給機４４から流出したガスの温度を計測する
第２圧力センサＳＷ５：サージタンク４２に取り付けられかつ、過給機４４の下流のガスの圧力を計測する
筒内圧センサＳＷ６：各シリンダ１１に対応してシリンダヘッド１３に取り付けられかつ、各燃焼室１７内の圧力を計測する
ＮＯｘセンサＳＷ７：排気通路５０における三元触媒５１３の下流に配置されかつ、三元触媒５１３を通過した排気ガス中のＮＯｘ濃度を計測する
リニアＯ２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Ｏ２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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
また、ＥＣＵ１０は、エンジン１の運転状態とマップとに基づいて目標ＥＧＲ率を設定する。ＥＧＲ率は、燃焼室１７の中の全ガスに対するＥＧＲガスの比である。ＥＣＵ１０は、目標ＥＧＲ率とアクセル開度センサＳＷ１２の信号に基づく吸入空気量とに基づき目標ＥＧＲガス量を決定すると共に、ＥＧＲ差圧センサＳＷ１５の信号から得られるＥＧＲ弁５４の前後差圧に基づいてＥＧＲ弁５４の開度を調節するフィードバック制御を行うことにより、燃焼室１７の中に導入する外部ＥＧＲガス量が目標ＥＧＲガス量となるようにする。
【００５８】
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Ｏ２センサＳＷ８、及び、ラムダＯ２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。
【００５９】
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。
【００６０】
（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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
ＳＰＣＣＩ燃焼において、ＳＩ燃焼時の熱発生は、ＣＩ燃焼時の熱発生よりも穏やかである。図４は、ＳＰＣＣＩ燃焼における熱発生率の波形８０１を例示している。ＳＰＣＣＩ燃焼における熱発生率の波形８０１は、立ち上がりの傾きが、ＣＩ燃焼の波形における立ち上がりの傾きよりも小さくなる。また、燃焼室１７の中における圧力変動（ｄｐ／ｄθ）も、ＳＩ燃焼時は、ＣＩ燃焼時よりも穏やかになる。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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ＱＳＩと、ＣＩ燃焼によって形成された第２熱発生部ＱＣＩと、が、この順番に連続するように形成されている。
【００６９】
（エンジンの運転領域）
図５は、エンジン１の制御に係る運転マップを例示している。運転マップは、ＥＣＵ１０のメモリ１０２に記憶されている。図５に例示する運転マップ５０１は、エンジン１の半暖機時の運転マップであり、５０２は、エンジン１の温間時の運転マップである。ＥＣＵ１０は、燃焼室１７の壁温及び吸気の温度それぞれの高低に応じて運転マップ５０１又は運転マップ５０２を選択する。ＥＣＵ１０は、選択した運転マップを用いてエンジン１を制御する。
【００７０】
各運転マップ５０１、５０２は、エンジン１の負荷及び回転数によって規定されている。運転マップ５０１は、回転数の高低に対し二つの領域に分かれる。具体的に運転マップ５０１は、回転数Ｎ３以上である高回転の領域Ａ１と、低回転及び中回転の領域に広がる領域Ａ２とに分かれる。運転マップ５０２は、三つの領域に分かれる。具体的に運転マップ５０２は、前述した高回転の領域Ａ１と、低回転及び中回転の領域Ａ２と、領域Ａ２内における、Ｎ１からＮ２の所定回転数範囲でかつ、Ｌ１からＬ２の所定負荷範囲の領域Ａ３とに分かれる。
【００７１】
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。
【００７２】
図５の運転マップ５０１、５０２は、各領域における混合気の状態及び燃焼形態を示している。エンジン１は、領域Ａ１においてＳＩ燃焼を行う。エンジン１はまた、領域Ａ２及びＡ３においてＳＰＣＣＩ燃焼を行う。以下、図５の運転マップ５０１、５０２の各領域におけるエンジン１の運転について詳細に説明をする。
【００７３】
（領域Ａ３におけるエンジンの運転）
エンジン１が領域Ａ３において運転している場合に、エンジン１は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う。
【００７４】
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。
【００７５】
混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、燃焼室１７の全体において理論空燃比よりもリーンである（つまり、空気過剰率λ＞１）。より詳細に、燃焼室１７の全体において混合気のＡ／Ｆは２５以上３１以下である。こうすることで、ＲａｗＮＯｘの発生を抑制することができ、排出ガス性能を向上させることができる。スロットル弁４３は、全開である。
【００７６】
インジェクタ６が燃料噴射を終了した後、点火プラグ２５は、燃焼室１７の混合気に点火をする。領域Ａ３でエンジン１は、Ａ／Ｆリーン燃焼運転を行う。
【００７７】
（領域Ａ２におけるエンジンの運転）
エンジン１が領域Ａ２において運転している場合に、エンジン１は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う。
【００７８】
ＥＧＲシステム５５は、燃焼室１７の中にＥＧＲガスを導入する。具体的に、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４は、排気上死点付近において、吸気弁２１及び排気弁２２の両方を開弁するポジティブオーバーラップ期間を設ける。内部ＥＧＲガスが、燃焼室１７の中に導入される。また、ＥＧＲシステム５５は、領域Ａ２の少なくとも一部の領域において、ＥＧＲクーラー５３によって冷却した排気ガスを、ＥＧＲ通路５２を通じて燃焼室１７の中に導入する。つまり、内部ＥＧＲガスに比べて温度が低い外部ＥＧＲガスが、燃焼室１７の中に導入される。外部ＥＧＲガスは、燃焼室１７の中の温度を、適切な温度に調節する。ＥＧＲシステム５５は、エンジン１の負荷が高まるに従いＥＧＲガスの量を減らす。ＥＧＲシステム５５は、全開負荷において、内部ＥＧＲガス及び外部ＥＧＲガスを含むＥＧＲガスを、ゼロにしてもよい。
【００７９】
混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、燃焼室１７の全体において理論空燃比（Ａ／Ｆ≒１４．７）である。三元触媒５１１、５１３が、燃焼室１７から排出された排出ガスを浄化することによって、エンジン１の排出ガス性能は良好になる。混合気のＡ／Ｆは、三元触媒の浄化ウインドウの中に収まるようにすればよい。混合気の空気過剰率λは、１．０±０．２としてもよい。尚、エンジン１が、全開負荷（つまり、最高負荷）において運転している場合には、混合気のＡ／Ｆは、燃焼室１７の全体において理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチにしてもよい（つまり、混合気の空気過剰率λは、λ≦１）。スロットル弁４３は、全開又は中間開度に調節される。
【００８０】
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。
【００８１】
点火プラグ２５は、インジェクタ６が燃料の噴射を行った後、圧縮上死点付近の所定のタイミングで混合気に点火をする。領域Ａ２においてエンジン１は、ストイキ燃焼運転を行う。エンジン１は、領域Ａ２において、Ｇ／Ｆリーン燃焼運転を行うと言うこともできる。
【００８２】
（領域Ａ１におけるエンジンの運転）
エンジン１の回転数が高いと、クランク角が１°変化するのに要する時間が短くなる。エンジン１の回転数が高くなると、ＳＰＣＣＩ燃焼を行うことが困難になる。
【００８３】
そこで、エンジン１が領域Ａ１において運転している場合に、エンジン１は、ＳＰＣＣＩ燃焼ではなく、ＳＩ燃焼を行う。
【００８４】
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。
【００８５】
混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、基本的には、燃焼室１７の全体において理論空燃比（Ａ／Ｆ≒１４．７）である。混合気の空気過剰率λは、１．０±０．２とすればよい。尚、エンジン１が全開負荷の付近において運転している場合には、混合気の空気過剰率λは１未満であってもよい。スロットル弁４３は、全開又は中間開度に調節される。
【００８６】
点火プラグ２５は、インジェクタ６が燃料の噴射を終了した後、圧縮上死点付近の適宜のタイミングで、混合気に点火を行う。
【００８７】
（エンジンの燃料比制御）
前述した領域Ａ３においてリーン燃焼運転を行っている場合、燃料比（つまり、Ａ／Ｆ）はできるだけリーンにした方が、燃費性能の向上や排出ガスのクリーン化に有利になる。しかしながら、燃料比をリーンにし過ぎると、燃焼変動（ＳＤＩ（Standard Deviation of IMEP（Indicated Mean Effective Pressure）））が大きくなって、ドライバビリティが低下してしまうという問題がある。また、領域Ａ２においてストイキ燃焼運転を行っている場合も、燃料比（つまり、Ｇ／Ｆ）はできるだけリーンにした方が、燃費性能の向上や排出ガスのクリーン化に有利になるが、前記と同様に、リーンにし過ぎると、燃焼変動が大きくなって、ドライバビリティが低下してしまう。
【００８８】
そこで、エンジン１の運転点毎に、燃焼変動の許容値を予め定めておき、ＥＣＵ１０は、燃焼変動の許容値に基づいて、燃料比のリーン限界を設定する。そうして、設定したリーン限界を超えないように、燃料比を調節することにより、このエンジン１は、ドライバビリティの向上と燃費性能の向上とを両立させる。  
【００８９】
図６は、燃料比の調節に関する制御を実行するＥＣＵ１０の機能ブロックを例示している。図７は、ＥＣＵ１０が実行する燃料比の調節に関する制御手順を例示している。
【００９０】
ＥＣＵ１０は、許容値設定部１０４と、リーン限界設定部１０５と、燃料比調節部１０６と、燃料比推定部１０７と、修正部１０８とを有している。許容値設定部１０４、リーン限界設定部１０５、及び燃料比調節部１０６は、燃料比の調節に関係する。燃料比推定部１０７、及び修正部１０８は、リーン限界の設定に関係するモデルの修正に関係する。
【００９１】
許容値設定部１０４は、エンジン１の運転状態に基づいて、当該運転状態に対応する燃焼変動の許容値（つまり、許容ＳＤＩ）を設定する。燃焼変動の許容値は、エンジン１の運転点毎に予め設定されていると共に、メモリ１０２に記憶されている。
【００９２】
リーン限界設定部１０５は、許容値設定部１０４が設定した燃焼変動の許容値と、メモリ１０２に記憶されているモデル１０９とに基づいて、リーン限界を設定する。モデル１０９は、図７に示すように、基本モデルブロック１１０と補正ブロック１１１とによって構成されている。基本モデルブロック１１０は、許容ＳＤＩからリーン限界の基本値を定める。補正ブロック１１１は、基本モデルブロック１１０が定めたリーン限界の基本値を補正する。
【００９３】
基本モデルブロック１１０は、図８に示すように、第１モデル８１、第２モデル８２、第３モデル８３及び第４モデル８４を含んで構成されている。
【００９４】
第１モデル８１は、燃焼変動（ＳＤＩ）と１サイクルにおける筒内平均圧力Ｐmiとの関係を定めている。リーン限界設定部１０５は、許容ＳＤＩと第１モデル８１とに基づいて、筒内平均圧力Ｐmiを設定する。
【００９５】
第２モデル８２は、筒内平均圧力Ｐmiと燃料噴射量Ｑinとに基づき算出される熱効率と、ｍｆｂ５０との関係を定めている。ｍｆｂ５０は、総噴射量の５０％の燃料が燃焼するクランク角度を意味する。つまり、ｍｆｂ５０は、質量燃焼割合が所定値となる特定クランク角度に相当する。リーン限界設定部１０５は、筒内平均圧力Ｐmiと燃料噴射量Ｑinと第２モデル８２とに基づいて、ｍｆｂ５０を設定する。
【００９６】
第３モデル８３は、ｍｆｂ５０と燃焼期間との関係を定めている。ここでの燃焼期間は、ｍｆｂ１０からｍｆｂ５０までのクランク角期間を意味している。リーン限界設定部１０５は、ｍｆｂ５０と第３モデル８３とに基づいて、燃焼期間を設定する。
【００９７】
第４モデル８４は、燃焼期間と燃料比との関係を定めている。リーン限界設定部１０５は、燃焼期間と第４モデル８４とに基づいて、燃料比、つまり、燃焼変動の許容値に対応するリーン限界を設定する。
【００９８】
こうして、第１モデル８１〜第４モデル８４によってリーン限界の基本値を設定すれば、リーン限界設定部１０５は、その基本値を補正する。補正ブロック１１１に関しては、後述する。
【００９９】
燃料比調節部１０６は、エンジン１の運転状態と、設定されたリーン限界に基づいて、設定されたリーン限界を超えないようにかつ、エンジン１の運転状態に対応するように、目標の燃料比を設定する。燃料比調節部１０６はまた、設定した目標の燃料比を満足するように、筒内状態量を調節すると共に、燃料の噴射量を調節し、混合気を燃焼させる。具体的に、燃料比調節部１０６は、インジェクタ６に燃料の噴射に関する信号を出力すると共に、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３、排気電動Ｓ−ＶＴ２４、スロットル弁４３、ＥＧＲ弁５４及びエアバイパス弁４８に、筒内状態量の調節に関する信号を出力する。
【０１００】
燃料比推定部１０７は、燃焼時に筒内圧センサＳＷ６が出力した信号に基づき推定した燃焼変動とモデル１０９とから、混合気の燃料比を推定する。モデル１０９は、メモリ１０２に記憶されているモデルであり、図７に示すように、リーン限界設定部１０５がリーン限界を設定する際に用いるモデル１０９と同じである。
【０１０１】
ここで、燃料比推定部１０７は、燃焼変動の推定の際にベイズ推定を利用してもよい。エンジン１の運転状態は刻一刻と変化し、同じ運転状態が継続することは少ないが、ベイズ推定を利用すれば、少ないサンプル数から燃焼変動を精度良く推定することができる。
【０１０２】
修正部１０８は、ＥＣＵ１０が、エンジン１の運転状態に応じて設定した燃料噴射量と、エアフローセンサＳＷ１の信号とに基づいて、混合気の実際の燃料比を計測する。修正部１０８はまた、計測した実際の燃料比と、燃料比推定部１０７が推定した燃料比とを比較し、その比較に基づいて、モデル１０９の補正ブロック１１１を修正する。修正された補正ブロック１１１は、メモリ１０２に記憶される。
【０１０３】
尚、補正ブロック１１１を修正する代わりに、基本モデルブロック１１０を修正するようにしてもよい。その場合、補正ブロック１１１は省略してもよい。
【０１０４】
燃焼変動と燃料比との関係は、エンジン１毎に個体差があったり、経年によって変化したりする。修正部１０８が、計測した燃料比と、モデル１０９を使って推定した燃料比とを比較することによって、モデル１０９を随時修正することができる。
【０１０５】
その結果、リーン限界設定部１０５は、正確なモデル１０９に基づいてリーン限界を正確に定めることができる。ＥＣＵ１０は、エンジン１がＡ／Ｆリーン燃焼運転を行っている時に、又は、Ｇ／Ｆリーン燃焼運転（つまり、ストイキ燃焼運転）を行っている時に、正確なリーン限界に基づいて燃料比を調節することができるから、燃焼が不安定になることが抑制される。自動車のドライバビリティが低下してしまうことが抑制される。また、正確なリーン限界に基づいて、Ａ／Ｆ又はＧ／Ｆをできるだけリーンにすることができるから、自動車の燃費性能の向上に有利になる。
【０１０６】
次に、図９のフローチャートを参照しながら、ＥＣＵ１０が実行するエンジン１の制御について説明する。図９のフローチャートは、エンジン１の燃料比の調節制御に係る。尚、図９のフローチャートにおける各ステップの順番は入れ替えることも可能である。
【０１０７】
ステップＳ１において、ＥＣＵ１０は、各センサＳＷ１〜ＳＷ１７の信号を読み込む。続くステップＳ２において、ＥＣＵ１０の燃料比推定部１０７は、前述したように、筒内圧センサＳＷ６の信号と、メモリ１０２に記憶しているモデル１０９とによって、燃料比を推定する。次のステップＳ３において、ＥＣＵ１０の修正部１０８は、燃料噴射量とエアフローセンサＳＷ１の信号とに基づいて実際の燃料比を計測する。
【０１０８】
ステップＳ４において、修正部１０８は、ステップＳ２で推定した燃料比と、ステップＳ３で計測した燃料比とに基づいて、両者にズレがあるか否かを判断する。ズレがない場合、プロセスはステップＳ６に進み、ズレがある場合、プロセスはステップＳ７に進む。ステップＳ６において修正部１０８は、モデル１０９の修正は行わない。ステップＳ７において修正部１０８は、モデル１０９の補正ブロック１１１を、ズレに応じて修正し、メモリ１０２に記憶させる。
【０１０９】
ステップＳ８においてリーン限界設定部１０５は、許容値設定部１０４がエンジン１の運転点に基づいて設定した燃焼変動の許容値（つまり、許容ＳＤＩ）とメモリ１０２に記憶されているモデル１０９とから、リーン限界を設定する。
【０１１０】
ステップＳ９において、燃料比調節部１０６は、ステップＳ８で設定されたリーン限界を超えないように目標燃料比を設定すると共に、ステップＳ１０において燃料比調節部１０６は、目標燃料比を満足するように、各デバイスへ制御信号を出力する。
【０１１１】
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】
【０１１２】
１  エンジン（内燃機関）
１０  ＥＣＵ（制御部）
１０４  許容値設定部
１０５  リーン限界設定部
１０６  燃料比調節部
１０７  燃料比推定部
１０８  修正部
１０９  モデル
２１  吸気弁（状態量調節部）
２２  排気弁（状態量調節部）
２３  吸気電動Ｓ−ＶＴ（状態量調節部）
２４  排気電動Ｓ−ＶＴ（状態量調節部）
４３  スロットル弁（状態量調節部）
４４  過給機（状態量調節部）
４９  過給システム（状態量調節部）
５４  ＥＧＲ弁（状態量調節部）
５５  ＥＧＲシステム（状態量調節部）
６  インジェクタ（燃料供給部）
８１  第１モデル
８２  第２モデル
８３  第３モデル
８４  第４モデル
ＳＷ１  エアフローセンサ
ＳＷ６  筒内圧センサ
【図１】
2020169595.tif 000003
【図２】
2020169595.tif 000004
【図３】
2020169595.tif 000005
【図４】
2020169595.tif 000006
【図５】
2020169595.tif 000007
【図６】
2020169595.tif 000008
【図７】
2020169595.tif 000009
【図８】
2020169595.tif 000010
【図９】
2020169595.tif 000011