(57)【要約】【課題】燃焼モードを切り替えるエンジンにおいて、排気ガスの温度を精度良く推定する。【解決手段】エンジン１の制御装置は、排気ガスの温度を推定すると共に、推定した排気ガスの温度に応じてエンジンを制御する制御部（ＥＣＵ１０）を備える。制御部は、火炎伝播により混合気を燃焼させる第１燃焼モードと、筒内の混合気に強制点火を行うと共に、混合気の一部を自己着火により燃焼させる第２燃焼モードと、を切り替える。制御部は、センサ（筒内圧センサＳＷ６、クランク角センサＳＷ１１）の信号に基づいて燃焼進行度を算出する算出部１０５と、燃焼進行度と排気ガスの温度との関係に基づいて、算出部が算出した燃焼進行度から排気ガスの温度を推定する推定部１０６と、を有する。推定部は、第１燃焼モード時は、第１関係に基づいて排気ガスの温度を推定し、第２燃焼モード時は、第２関係に基づいて排気ガスの温度を推定する。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、
前記エンジンに接続されかつ、前記エンジンの筒内から排気ガスを導出する排気通路と、
前記筒内の燃焼状態に対応した信号を出力するセンサと、
前記センサが接続されかつ、前記センサの信号に基づいて前記排気ガスの温度を推定すると共に、推定した排気ガスの温度に応じて、前記エンジンを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記エンジンの運転状態に応じて、前記筒内の混合気に強制点火を行って、火炎伝播により混合気を燃焼させる第１燃焼モードと、前記筒内の混合気に強制点火を行うと共に、混合気の一部を自己着火により燃焼させる第２燃焼モードと、を切り替え、
前記制御部は、
前記センサの信号に基づいて、前記筒内における燃焼が特定の程度にまで進行したときのクランク角度である燃焼進行度を算出する算出部と、
燃焼進行度と排気ガスの温度との関係に基づいて、前記算出部が算出した燃焼進行度から前記排気ガスの温度を推定する推定部と、を有し、
前記推定部は、前記第１燃焼モード時は、燃焼進行度と排気ガスの温度との間の第１関係に基づいて前記排気ガスの温度を推定し、前記第２燃焼モード時は、前記第１関係とは異なる、燃焼進行度と排気ガスの温度との間の第２関係に基づいて前記排気ガスの温度を推定するエンジンの制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジンの制御装置において、
前記推定部は、燃焼進行度が同一の場合、前記第１燃焼モード時は前記第２燃焼モード時よりも、前記排気ガスの温度を高く推定するエンジンの制御装置。
【請求項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、
前記推定部は、前記第１燃焼モード時及び前記第２燃焼モード時のそれぞれにおいて、前記燃焼進行度がＭＢＴでの燃焼進行度よりも遅角する場合に、前記燃焼進行度が遅角するほど、前記排気ガスの温度を線形的に高く推定するエンジンの制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載のエンジンの制御装置において、
前記推定部は、前記第１燃焼モード時及び前記第２燃焼モード時のそれぞれにおいて、前記燃焼進行度がノック限界よりも遅角する場合に、前記燃焼進行度が遅角するほど、前記排気ガスの温度を線形的に高く推定するエンジンの制御装置。
【請求項５】
請求項３又は４に記載のエンジンの制御装置において、
前記第２関係は、燃焼進行度の変化に対する前記排気ガスの温度上昇率が、前記第１関係の温度上昇率よりも高いエンジンの制御装置。
【請求項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、
前記推定部は、前記第１燃焼モード時及び前記第２燃焼モード時のそれぞれにおいて、同じ燃焼進行度に対する前記排気ガスの温度を、前記エンジンの回転数が高いときには、回転数が低いときよりも高く推定するエンジンの制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載のエンジンの制御装置において、
前記第１関係及び前記第２関係のそれぞれにおいて、燃焼進行度の変化に対する前記排気ガスの温度上昇率は、前記エンジンの回転数が高いときには、回転数が低いときよりも高いエンジンの制御装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のエンジンの制御装置において、
前記推定部は、前記第１燃焼モード時及び前記第２燃焼モード時のそれぞれにおいて、同じ燃焼進行度に対する前記排気ガスの温度を、前記エンジンの負荷が高いときには、負荷が低いときよりも高く推定するエンジンの制御装置。
【請求項９】
請求項８に記載のエンジンの制御装置において、
前記第１関係及び前記第２関係のそれぞれにおいて、燃焼進行度の変化に対する前記排気ガスの温度上昇率は、前記エンジンの負荷が高いときには、負荷が低いときよりも高いエンジンの制御装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載のエンジンの制御装置において、
前記センサは、前記筒内の圧力に対応した信号を出力する筒内圧センサであるエンジンの制御装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載のエンジンの制御装置において、
前記制御部は、前記排気ガスの温度が基準よりも高い場合には、前記筒内へ供給する燃料量を、前記基準以下の場合よりも増量するエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに開示する技術は、エンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、火花点火式エンジンにおいて、排気ガスの温度を推定する技術が記載されている。具体的に、この技術は、電子制御ユニットが、エンジンの負荷及び回転数と、排気ガスの温度と、の関係を定めた排気温度マップを用い、エンジンの運転状態に基づいて排気ガスの温度を推定する。排気ガスの温度は、点火時期の影響を受ける。そのため、特許文献１には、点火時期がＭＢＴである場合の燃焼重心と、実際の燃焼の燃焼重心との差に応じて定めた補正係数により、推定した排気ガスの温度を補正することが記載されている。前記の補正係数は、燃焼重心の差が大きくなるにつれて、二次曲線的に増大するよう設定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−２２３１３８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、本願出願人は、ＳＩ（Spark Ignition）燃焼とＣＩ（Compression Ignition）燃焼とを組み合わせたＳＰＣＣＩ（SPark Controlled Compression Ignition）燃焼を提案している。ＳＩ燃焼は、筒内の混合気に強制的に点火を行うことにより開始する火炎伝播を伴う燃焼である。ＣＩ燃焼は、筒内の混合気が自己着火することにより開始する燃焼である。ＳＰＣＣＩ燃焼は、筒内の混合気に強制的に点火を行って、火炎伝播による燃焼を開始させると、ＳＩ燃焼の発熱及び火炎伝播による圧力上昇によって、筒内の未燃混合気が自己着火により燃焼する形態である。
【０００５】
ＳＩ燃焼モードとＳＰＣＣＩ燃焼モードとを運転状態に応じて切り替えるエンジンにおいても、例えば触媒装置の信頼性を確保する等の目的により、排気ガスの温度を精度良く推定したいという要求がある。しかしながら、ＳＰＣＣＩ燃焼の実行時に、排気ガスの温度を精度良く推定する技術は、未だ確立されていない。
【０００６】
ここに開示する技術は、燃焼モードを切り替えるエンジンにおいて、排気ガスの温度を精度良く推定する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ここに開示する技術は、エンジンの制御装置に関する。この制御装置は、
エンジンと、
前記エンジンに接続されかつ、前記エンジンの筒内から排気ガスを導出する排気通路と、
前記筒内の燃焼状態に対応した信号を出力するセンサと、
前記センサが接続されかつ、前記センサの信号に基づいて前記排気ガスの温度を推定すると共に、推定した排気ガスの温度に応じて、前記エンジンを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記エンジンの運転状態に応じて、前記筒内の混合気に強制点火を行って、火炎伝播により混合気を燃焼させる第１燃焼モードと、前記筒内の混合気に強制点火を行うと共に、混合気の一部を自己着火により燃焼させる第２燃焼モードと、を切り替え、
前記制御部は、
前記センサの信号に基づいて、前記筒内における燃焼が特定の程度にまで進行したときのクランク角度である燃焼進行度を算出する算出部と、
燃焼進行度と排気ガスの温度との関係に基づいて、前記算出部が算出した燃焼進行度から前記排気ガスの温度を推定する推定部と、を有し、
前記推定部は、前記第１燃焼モード時は、燃焼進行度と排気ガスの温度との間の第１関係に基づいて前記排気ガスの温度を推定し、前記第２燃焼モード時は、前記第１関係とは異なる、燃焼進行度と排気ガスの温度との間の第２関係に基づいて前記排気ガスの温度を推定する。
【０００８】
制御部は、エンジンの運転状態に応じて、第１燃焼モードと第２燃焼モードとを切り替える。第１燃焼モードは、筒内の混合気に強制点火を行って、火炎伝播により混合気を燃焼させるモードである。第１燃焼モードは、いわゆるＳＩ燃焼を行うモードに相当する。第２燃焼モードは、筒内の混合気に強制点火を行うと共に、混合気の一部を自己着火により燃焼させるモードである。第２燃焼モードは、いわゆるＳＰＣＣＩ燃焼を行うモードに相当する。
【０００９】
この構成のエンジンの制御装置は、燃焼進行度に基づいて排気ガスの温度を推定する。具体的に、制御部の算出部は、センサの信号に基づいて、前記筒内における燃焼が特定の程度にまで進行したときのクランク角度である燃焼進行度を算出する。センサは、筒内の燃焼状態に対応した信号を出力する。センサは、筒内の圧力に対応した信号を出力する筒内圧センサとしてもよい。制御部は、筒内圧センサの信号に基づいて、筒内の燃焼状態を精度良く把握することができる。
【００１０】
燃焼進行度は、燃焼が特定の程度にまで進行したときのクランク角度であるから、燃焼状態を表すパラメータとして用いることができる。質量燃焼割合が特定値となるクランク角度、例えば質量燃焼割合５０％となるクランク角度（つまり、mass fraction burned 50：ｍｆｂ５０）を、燃焼進行度として用いてもよい。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。尚、燃焼進行度は、ｍｆｂ５０に限らない。排気ガスの温度との間に相関があれば、ｍｆｂ１０やｍｆｂ９０等、任意の値を、燃焼進行度として用いることができる。
【００１１】
制御部の推定部は、燃焼進行度と排気ガスの温度との関係に基づいて、算出部が算出した燃焼進行度から排気ガスの温度を推定する。推定部はまた、第１燃焼モード時は、燃焼進行度と排気ガスの温度との間の第１関係に基づいて排気ガスの温度を推定し、第２燃焼モード時は、第１関係とは異なる第２関係に基づいて排気ガスの温度を推定する。制御部は、異なる燃焼モードに対応した、燃焼進行度と排気ガスの温度との間の、異なる関係に基づいて排気ガスの温度を推定する。このことにより、制御部は、第１燃焼モード時及び第２燃焼モード時に、排気ガスの温度を精度良く推定することができる。
【００１２】
前記推定部は、燃焼進行度が同一の場合、前記第１燃焼モード時は前記第２燃焼モード時よりも、前記排気ガスの温度を高く推定する、としてもよい。
【００１３】
前述したように、第２燃焼モードは、一部の未燃混合気を自己着火により燃焼させるため、第１燃焼モードよりも熱効率が高い。よって、第２燃焼モードは、第１燃焼モードよりも排気ガスの温度が低く、逆に第１燃焼モードは、第２燃焼モードよりも排気ガスの温度が高い。推定部が、第１燃焼モード時は第２燃焼モード時よりも、同じ燃焼進行度に対する排気ガスの温度を高く推定することにより、制御部は、第１燃焼モード時に排気ガスの温度を精度良く推定することができると共に、第２燃焼モード時に排気ガスの温度を精度良く推定することができる。
【００１４】
前記推定部は、前記第１燃焼モード時及び前記第２燃焼モード時のそれぞれにおいて、前記燃焼進行度がＭＢＴでの燃焼進行度よりも遅角する場合に、前記燃焼進行度が遅角するほど、前記排気ガスの温度を線形的に高く推定する、としてもよい。
【００１５】
ここで、ＭＢＴ（Minimum advance for the Best Torque）は、運転状態を固定して点火時期を変更した場合に、エンジンのトルクが最大になる点火時期である。
【００１６】
本願発明者らは、ＳＩ燃焼及びＳＰＣＣＩ燃焼の燃焼進行度がＭＢＴでの燃焼進行度よりも遅角する場合に、燃焼進行度と排気ガスの温度との間には、線形となる相関関係が存在することを見出した。
【００１７】
点火時期が遅くなると排気ガスの温度が高くなる。点火時期と排気ガスの温度との間にも相関関係が存在する。しかしながら、本願発明者らの検討によると、ＳＩ燃焼及び／又はＳＰＣＣＩ燃焼を行うエンジン、換言すると強制点火を行うエンジンにおいて、点火時期と排気ガスの温度との間の関係は線形でなく、非線形であった。
【００１８】
点火時期が遅いと燃焼は膨張行程に開始する。膨張行程は、筒内の容積が拡大する行程である。容積の拡大は、クランク角度の進行に対して非線形の関係を有している。膨張行程における燃焼は、非線形的な容積の拡大の影響を受ける。そのため、筒内における燃焼状態を表す燃焼進行度は、点火時期の遅れに対して、非線形の関係（例えば二次関数）を有することになる。
【００１９】
燃焼進行度は燃焼状態を表すパラメータであるため、燃焼進行度とエンジンの図示仕事との間には、線形的な相関関係が成立する。また、排気ガスの温度は、筒内の燃焼により発生した熱量から、エンジンの図示仕事を差し引いた熱量から定まる。そのため、エンジンの図示仕事と排気ガスの温度との間にも、線形的な相関関係が成立する。前述したように、点火時期と燃焼進行度とは非線形の関係を有しているため、点火時期と排気ガスの温度との相関関係は非線形になるが、燃焼進行度と排気ガスの温度との相関関係は線形になる。
【００２０】
第１燃焼モード時の、燃焼進行度と排気ガスの温度との相関関係である第１関係、及び、第２燃焼モード時の、燃焼進行度と排気ガスの温度との相関関係である第２関係は、共に線形である。第１燃焼モード時に推定部は、燃焼進行度がＭＢＴでの燃焼進行度よりも遅角する場合に、第１関係に基づいて、燃焼進行度が遅角するほど、排気ガスの温度を線形的に高く推定する。第２燃焼モード時に推定部は、燃焼進行度がＭＢＴでの燃焼進行度よりも遅角する場合に、第２関係に基づいて燃焼進行度が遅角するほど、排気ガスの温度を線形的に高く推定する。推定部は、第１燃焼モード時及び第２燃焼モード時に、排気ガスの温度を精度良く推定することができる。第１関係及び第２関係がそれぞれ線形であるため、燃焼進行度がＭＢＴでの燃焼進行度よりも大幅に遅角する場合でも、推定部は、排気ガスの温度を精度良く推定することができる。
【００２１】
前記推定部は、前記第１燃焼モード時及び前記第２燃焼モード時のそれぞれにおいて、前記燃焼進行度がノック限界での燃焼進行度よりも遅角する場合に、前記燃焼進行度が遅角するほど、前記排気ガスの温度を線形的に高く推定する、としてもよい。
【００２２】
ここで、ノック限界は、異常燃焼が生じない点火時期の進角限界である。ノック限界は、ＭＢＴよりも遅角である。
【００２３】
ＳＩ燃焼及びＳＰＣＣＩ燃焼の燃焼進行度と排気ガスの温度との間には、燃焼進行度がノック限界での燃焼進行度よりも遅角する場合でも、線形的な相関関係が成立する。推定部は、センサの信号と、第１関係又は第２関係とに基づいて、第１燃焼モード時及び第２燃焼モード時に、排気ガスの温度を精度良く推定することができる。
【００２４】
前記第２関係は、燃焼進行度の変化に対する前記排気ガスの温度上昇率が、前記第１関係の温度上昇率よりも高い、としてもよい。
【００２５】
第２燃焼モード時は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う。一部の混合気はＣＩ燃焼する。膨張行程にて行うＣＩ燃焼は、容積変化の影響を大きく受ける。具体的には、燃焼進行度が遅角すると、ＳＰＣＣＩ燃焼の熱効率が大きく低下する。その結果、第２燃焼モード時は、燃焼進行度の変化に対し、排気ガスの温度が大きく変化する。
【００２６】
第１燃焼モード時は、ＳＩ燃焼を行う。火炎伝播による燃焼は、容積変化の影響を受けにくい。第１燃焼モード時に燃焼進行度が遅くなっても、ＳＩ燃焼の熱効率は大きく低下しない。第１燃焼モード時は、燃焼進行度の変化に対し、排気ガスの温度の変化が小さい。
【００２７】
従って、第２関係は、第１関係よりも燃焼進行度の変化に対する排気ガスの温度上昇率が高い。制御部は、第１関係及び第２関係に基づいて、第１燃焼モード時及び第２燃焼モード時に、排気ガスの温度を精度良く推定することができる。
【００２８】
前記推定部は、前記第１燃焼モード時及び前記第２燃焼モード時のそれぞれにおいて、同じ燃焼進行度に対する前記排気ガスの温度を、前記エンジンの回転数が高いときには、回転数が低いときよりも高く推定する、としてもよい。
【００２９】
エンジンの回転数が高い場合には、回転数が低い場合よりも、排気ガスの温度が高くなる。これは、エンジンの回転数が高いほど、単位時間当たりの燃焼回数が増えることでシリンダ壁温が高くなる上に、筒内の燃焼時間が短いことで、冷却損失が減るためである。
【００３０】
第１燃焼モード時及び第２燃焼モード時のそれぞれにおいて、推定部は、同じ燃焼進行度に対する排気ガスの温度を、エンジンの回転数が高い場合には、回転数が低い場合よりも高く推定する。制御部は、エンジンの回転数が変わっても、排気ガスの温度を精度良く推定することができる。
【００３１】
前記第１関係及び前記第２関係のそれぞれにおいて、燃焼進行度の変化に対する前記排気ガスの温度上昇率は、前記エンジンの回転数が高いときには、回転数が低いときよりも高い、としてもよい。
【００３２】
前述したように、エンジンの回転数が高い場合はシリンダ壁温が高く、燃焼時の筒内温度とシリンダ壁温との差は相対的に小さい。エンジンの回転数が高い場合に、燃焼進行度の変化に伴い筒内温度が変化すると、筒内温度とシリンダ壁温との差に対する、筒内温度の変化量の割合は大きくなる。つまり、エンジンの回転数が高い場合に燃焼進行度が変化すると、冷却損失が大きく変化するため、排気ガスの温度も大きく変化する。逆に、エンジンの回転数が低い場合はシリンダ壁温が低く、燃焼時の筒内温度とシリンダ壁温との差は相対的に大きい。エンジンの回転数が低い場合に、燃焼進行度の変化に伴い筒内温度が変化しても、筒内温度とシリンダ壁温との差に対する、筒内温度の変化量の割合は小さいため、排気ガスの温度の変化が小さい。
【００３３】
燃焼進行度の変化に対する排気ガスの温度上昇率が、エンジンの回転数が高い場合には、回転数が低い場合よりも高いことに基づき、推定部が排気ガスの温度を推定することにより、制御部は、第１燃焼モード時及び第２燃焼モード時に、エンジンの回転数が変わっても、排気ガスの温度を精度良く推定することができる。
【００３４】
前記推定部は、前記第１燃焼モード時及び前記第２燃焼モード時のそれぞれにおいて、同じ燃焼進行度に対する前記排気ガスの温度を、前記エンジンの負荷が高いときには、負荷が低いときよりも高く推定する、としてもよい。
【００３５】
エンジンの負荷が高いと筒内へ供給する燃料量が多いため、筒内で発生する熱量が多い。熱量が多いことに起因して、排気ガスの温度も高い。第１燃焼モード時及び第２燃焼モードのそれぞれにおいて、推定部は、同じ燃焼進行度に対する排気ガスの温度を、エンジンの負荷が高い場合には、負荷が低い場合よりも高く推定する。このことによって、制御部は、エンジンの負荷が変わっても、排気ガスの温度を精度良く推定することができる。
【００３６】
前記第１関係及び前記第２関係のそれぞれにおいて、燃焼進行度の変化に対する前記排気ガスの温度上昇率は、前記エンジンの負荷が高いときには、負荷が低いときよりも高い、としてもよい。
【００３７】
前述したように、エンジンの負荷が高い場合は燃料供給量が多い。エンジンの負荷が高い場合に燃焼進行度が変化すると、図示仕事の変化量が大きい。その結果、排気ガスの温度も大きく変化する。逆に、エンジンの負荷が低い場合は燃料供給量が少ないため、燃焼進行度が変化しても図示仕事の変化量は小さい。その結果、排気ガスの温度の変化は小さい。
【００３８】
燃焼進行度の変化に対する排気ガスの温度上昇率が、エンジンの負荷が高い場合には、負荷が低い場合よりも高いことに基づき、推定部が排気ガスの温度を推定することにより、制御部は、第１燃焼モード時及び第２燃焼モード時に、エンジンの負荷が変わっても、排気ガスの温度を精度良く推定することができる。
【００３９】
前記制御部は、前記排気ガスの温度が基準よりも高い場合には、前記筒内へ供給する燃料量を、前記基準以下の場合よりも増量する、としてもよい。
【００４０】
筒内へ供給する燃料量を増量すると、増量した燃料の潜熱により、筒内から排出する排気ガスの温度が下がる。排気ガスの温度を基準以下に下げることにより、例えばエンジンの排気通路に介設した触媒装置の信頼性を確保することができる。触媒装置の性能を高い状態に維持することができ、エンジンは、清浄化したガスを排出することができる。
【発明の効果】
【００４１】
以上説明したように、前記のエンジンの制御装置は、第１燃焼モードと第２燃焼モードとを切り替えるエンジンにおいて、排気ガスの温度を精度良く推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【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、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３】図３の上図は、ＳＰＣＣＩ燃焼の波形を例示する図であり、下図はクランク角センサの出力信号を例示する図である。
【図４】図４は、エンジンの運転マップを例示する図である。
【図５】図５は、図４のマップの各運転領域における燃料噴射時期及び点火時期と、燃焼波形とを例示する図である。
【図６】図６は、排気ガスの温度推定を行う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、ＥＣＵが実行する排気ガスの温度を推定する手順を例示するフローチャートである。
【図８】図８は、燃焼進行度と排気ガスの温度との関係を表すモデルを例示する図である。
【図９】図９の上図は、ＳＩ燃焼時でかつエンジン回転数が高回転時のモデルと、低回転時のモデルとを例示する図であり、下図は、ＳＰＣＣＩ燃焼時でかつエンジン回転数が高回転時のモデルと、低回転時のモデルとを例示する図である。
【図１０】図１０は、エンジン回転数と排気ガスの温度との関係を例示する図である。
【図１１】図１１の上図は、ＳＩ燃焼時でかつエンジン負荷が高負荷時のモデルと、低負荷時のモデルとを例示する図であり、下図は、ＳＰＣＣＩ燃焼時でかつエンジン負荷が高負荷時のモデルと、低負荷時のモデルとを例示する図である。
【図１２】図１２は、冷却液の温度と、排気ガスの温度の補正量との関係を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、エンジンの制御装置に関する実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の説明は、エンジン、エンジンシステム、及び、エンジンの制御装置の一例である。
【００４４】
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、エンジンの制御装置の構成を例示するブロック図である。
【００４５】
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、この構成例のエンジンではガソリンである。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。
【００４６】
（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。
【００４７】
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。
【００４８】
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）のエンジンは、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）のエンジンは、１５〜１８としてもよい。
【００４９】
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。
【００５０】
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２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。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。
【００５１】
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。
【００５２】
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２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。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。
【００５３】
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。
【００５４】
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、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、燃焼室１７の中央部に取り付けられていて、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。
【００５５】
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、この構成例のエンジン１では、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へ供給することが可能である。インジェクタ６へ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。
【００５６】
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、詳細な図示は省略するが、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。
【００５７】
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に導入されるガスは、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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。この構成例のエンジン１では、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、又は遠心式とすればよい。
【００６０】
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。ＥＣＵ１０が電磁クラッチ４５の接続及び非接続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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
ＥＣＵ１０は、過給機４４をオフにしたとき（つまり、電磁クラッチ４５を非接続にしたとき）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。
【００６４】
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。
【００６５】
この構成例のエンジン１では、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。過給機４４は、例えば低負荷及び低回転の運転領域ではオフにされ、それ以外の運転領域ではオンにされる。
【００６６】
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のうちの第１吸気ポートにつながるプライマリ通路と、第２吸気ポート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、第１吸気ポートから燃焼室１７に入る吸気流量が相対的に多くかつ、第２吸気ポートから燃焼室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、第１吸気ポート及び第２吸気ポート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。
【００６７】
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。
【００６８】
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後処理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もまた、エンジンルーム内に配設されている。下流の触媒コンバーターは、三元触媒５１３を有している。尚、排気ガス後処理システムは、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。
【００６９】
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における下流の触媒コンバーターよりも下流部に接続されている。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。
【００７０】
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。
【００７１】
この構成例のエンジン１では、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へ供給することができる。
【００７２】
エンジン１は、冷却システム７０を有している。冷却システム７０は、冷却液を供給するポンプ７１と、ポンプ７１からエンジン１のシリンダブロック１２へ冷却液を流入させる入口通路７２と、エンジン１内の冷却液通路を通った後、エンジン１のシリンダヘッド１３からラジエータ７３を経由してポンプ７１へ冷却液を流入させるラジエータ通路７４と、エンジン１内の冷却液通路を通った後、ラジエータ７３を迂回してポンプ７１に冷却液を流入させるラジエータ迂回通路７５とを有している。
【００７３】
ポンプ７１は、クランクシャフト１５に連動して駆動される機械式のポンプである。ポンプ７１の吐出口は、入口通路７２に接続されている。ポンプ７１には、入口通路７２に吐出する冷却液の液温を検出する第１液温センサＳＷ９が設けられている。ポンプ７１の、冷却液の吐出量は、エンジン回転数とポンプ７１への冷却液の還流量とにより変動する。尚、第１液温センサＳＷ９は、入口通路７２を流通する冷却液の液温を検出するように配置されていてもよい。
【００７４】
入口通路７２は、ポンプ７１の吐出口とシリンダブロック１２の冷却液通路の入口とを連通する。
【００７５】
ラジエータ通路７４は、シリンダヘッド１３の冷却液通路に接続されている。ラジエータ通路７４におけるラジエータ７３とポンプ７１との間には、サーモスタット弁７６が配置されている。サーモスタット弁７６は、電気式のサーモスタット弁で構成されている。具体的には、サーモスタット弁７６は、一般的なサーモスタット弁に電熱線を内蔵させた弁である。サーモスタット弁７６は、無通電時には、冷却液の液温が、所定液温以上であるときに、その温度に応じて開くように構成されているが、電熱線に電流を流すことで、冷却液の液温が所定液温未満のときでも開くことができるようになっている。つまり、無通電時には、所定液温でサーモスタット弁７６が開くことにより、ラジエータ通路７４内の冷却液の液温を所定液温付近にすることができる一方、通電時には、所定液温未満の所望の液温でサーモスタット弁７６が開くことにより、ラジエータ通路７４内の冷却液の液温を所望の液温にすることができる。
【００７６】
ラジエータ迂回通路７５も、ラジエータ通路７４と同様に、シリンダヘッド１３の冷却液通路に接続されている。ラジエータ迂回通路７５の途中には、流量調節弁７７が配置されている。流量調節弁７７は、一定開度の開き状態と、全閉の閉じ状態との間で切り替えられるオン／オフ式弁である。流量調節弁７７は、開き状態の時間及び閉じ状態の時間を調整することで、より詳しくは、単位時間当たりの開き状態及び閉じ状態の割合（以下、デューティ比という）を調整することで、ラジエータ迂回通路７５を通る冷却液の流量を調整する。
【００７７】
（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、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２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。
【００７８】
ＥＣＵ１０には、図１及び図２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。
【００７９】
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
リニアＯ２センサＳＷ７：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ＳＷ８：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
第１液温センサＳＷ９：前述したように、ポンプ７１に取り付けられかつ、シリンダブロック１２へ流入する冷却液の液温を検出する
第２液温センサＳＷ１０：エンジン１に取り付けられかつ、エンジン１と熱交換した直後の冷却液の温度を計測する
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へ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。
【００８０】
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に記憶している運転マップを用いて、目標量及び／又は制御量を演算することを含む。
【００８１】
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、サーモスタット弁７６、及び、流量調節弁７７に出力する。
【００８２】
例えば、ＥＣＵ１０は、アクセル開度センサＳＷ１２の信号と運転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。
【００８３】
また、ＥＣＵ１０は、エンジン１の運転状態と運転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。
【００８４】
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ＳＷ７、及び、ラムダＯ２センサＳＷ８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。
【００８５】
（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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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３はＳＰＣＣＩ燃焼における熱発生率の波形３０１を例示している。ＳＰＣＣＩ燃焼における熱発生率の波形３０１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い。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。
【００８９】
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。
【００９０】
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い。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、比較的穏やかである。
【００９１】
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）が小さいため、燃焼騒音が大きくなりすぎることが回避される。エンジン１の燃焼騒音は、許容レベル以下に抑えられる。
【００９２】
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、図３に波形３０２によって例示するＳＩ燃焼のみの場合と比べて、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。
【００９３】
（エンジンの運転領域）
図４は、エンジン１の制御に係る運転マップ４０１を例示している。運転マップ４０１は、ＥＣＵ１０のメモリ１０２に記憶されている。運転マップ４０１は、エンジン１の温間時の運転マップである。
【００９４】
運転マップ４０１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４０１は、図４に実線で境界を例示するように、回転数の高低及び負荷の高低によって三つの領域に分かれる。具体的に運転マップ４０１は、低回転及び中回転の領域における低負荷の領域Ａ１と、低回転及び中回転の領域における中負荷及び高負荷の領域Ａ２、Ａ３、Ａ４と、回転数Ｎ１以上である高回転の領域Ａ５と、に分かれる。
【００９５】
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。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。
【００９６】
運転マップ４０１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、Ａ２、Ａ３、Ａ４ではＳＰＣＣＩ燃焼を行う。エンジン１はまた、領域Ａ５ではＳＩ燃焼を行う。以下、図４の運転マップ４０１の各領域におけるエンジン１の運転について、図５に示す燃料噴射時期及び点火時期を参照しながら詳細に説明をする。図５の横軸は、クランク角である。尚、図５における符号６０１、６０２、６０３、６０４、６０５及び６０６はそれぞれ、図４の運転マップ４０１における符号６０１、６０２、６０３、６０４、６０５及び６０６によって示すエンジン１の運転状態に対応する。
【００９７】
（領域Ａ１におけるエンジンの運転）
エンジン１が領域Ａ１で運転しているときに、エンジン１は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う。図５の符号６０１は、エンジン１が領域Ａ１における運転状態６０１にて運転しているときの燃料噴射時期（符号６０１１、６０１２）及び点火時期（符号６０１３）、並びに、燃焼波形（つまり、クランク角に対する熱発生率の変化を示す波形、符号６０１４）を示している。符号６０２は、エンジン１が領域Ａ１における運転状態６０２にて運転しているときの燃料噴射時期（符号６０２１、６０２２）及び点火時期（符号６０２３）、並びに、燃焼波形（符号６０２４）を示し、符号６０３は、エンジン１が領域Ａ１における運転状態６０３にて運転しているときの燃料噴射時期（符号６０３１、６０３２）及び点火時期（符号６０３３）、並びに、燃焼波形（符号６０３４）を示している。運転状態６０１、６０２、６０３は、エンジン１の回転数が同じでかつ、負荷が相違する。運転状態６０１が、最も負荷が低く（つまり、軽負荷）、運転状態６０２が、次に負荷が低く（つまり、低負荷）、運転状態６０３が、この中では負荷が最も高い。
【００９８】
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、排気上死点付近で吸気弁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。燃焼室１７から吸気ポート１８及び排気ポート１９に排出した排気ガスの一部は、燃焼室１７の中に再導入される。燃焼室１７の中に熱い排気ガスを導入するため、燃焼室１７の中の温度が高くなる。ＳＰＣＣＩ燃焼の安定化に有利になる。尚、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４は、吸気弁２１及び排気弁２２の両方を閉弁するネガティブオーバーラップ期間を設けてもよい。
【００９９】
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。スワール比は、例えば４以上である。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。前述したように、吸気ポート１８はタンブルポートであるため、燃焼室１７の中には、タンブル成分とスワール成分とを有する斜めスワール流が形成される。
【０１００】
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（符号６０１１、６０１２、６０２１、６０２２、６０３１、６０３２）。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。
【０１０１】
燃焼室１７の中央部における混合気の燃料濃度は、外周部の燃料濃度よりも濃い。具体的に、中央部の混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、２０以上３０以下であり、外周部の混合気のＡ／Ｆは、３５以上である。尚、空燃比の値は、点火時における空燃比の値であり、以下の説明でも同じである。点火プラグ２５に近い混合気のＡ／Ｆを２０以上３０以下にすることにより、ＳＩ燃焼時のＲａｗＮＯｘの発生を抑制することができる。また、外周部の混合気のＡ／Ｆを３５以上にすることで、ＣＩ燃焼が安定化する。
【０１０２】
混合気のＡ／Ｆは、燃焼室１７の全体で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の全体で混合気のＡ／Ｆは３０以上である。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。
【０１０３】
エンジン１の負荷が低いとき（つまり、運転状態６０１のとき）に、インジェクタ６は、吸気行程の前半に、第一噴射６０１１を行い、吸気行程の後半に、第二噴射６０１２を行う。吸気行程の前半は、吸気行程を前半と後半とに二等分したときの前半、吸気行程の後半は、吸気行程を二等分したときの後半としてもよい。また、第一噴射６０１１と第二噴射６０１２との噴射量比は、例えば９：１としてもよい。
【０１０４】
エンジン１の負荷が高い運転状態６０２のときに、インジェクタ６は、吸気行程の後半に行う第二噴射６０２２を、運転状態６０１の第二噴射６０１２よりも進角したタイミングで開始する。第二噴射６０２２を進角することによって、燃焼室１７内の混合気は均質に近づく。第一噴射６０２１と第二噴射６０２２との噴射量比は、例えば７：３〜８：２としてもよい。
【０１０５】
エンジン１の負荷がさらに高い運転状態６０３のときに、インジェクタ６は、吸気行程の後半に行う第二噴射６０３２を、運転状態６０２の第二噴射６０２２よりもさらに進角したタイミングで開始する。第二噴射６０３２をさらに進角することによって、燃焼室１７内の混合気は、均質にさらに近づく。第一噴射６０３１と第二噴射６０３２との噴射量比は、例えば６：４としてもよい。
【０１０６】
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（符号６０１３、６０２３、６０３３）。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ときの終期としてもよい。
【０１０７】
前述したように、中央部の混合気は燃料濃度が相対的に高いため、着火性が向上すると共に、火炎伝播によるＳＩ燃焼が安定化する。ＳＩ燃焼が安定化することによって、適切なタイミングで、ＣＩ燃焼が開始する。ＣＩ燃焼のコントロール性が向上する。燃焼騒音の発生が抑制される。また、混合気のＡ／ＦをリーンにしてＳＰＣＣＩ燃焼を行うことによって、エンジン１の燃費性能を、大幅に向上させることができる。
【０１０８】
（領域Ａ２、Ａ３、Ａ４におけるエンジンの運転）
エンジン１が領域Ａ２、Ａ３、Ａ４で運転している場合に、エンジン１は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う。図５の符号６０４は、エンジン１が領域Ａ２における運転状態６０４にて運転しているときの燃料噴射時期（符号６０４１、６０４２）及び点火時期（符号６０４３）、並びに、燃焼波形（符号６０４４）を示している。符号６０５は、エンジン１が領域Ａ４における運転状態６０５にて運転しているときの燃料噴射時期（符号６０５１）及び点火時期（符号６０５２）、並びに、燃焼波形（符号６０５３）を示している。
【０１０９】
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、排気上死点付近で吸気弁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、全開負荷では、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。
【０１１０】
また、領域Ａ２及び領域Ａ３では、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の中には、スワール比が４以上の、強いスワール流が形成される。一方、領域Ａ４において、スワールコントロール弁５６は開である。
【０１１１】
混合気のＡ／Ｆは、燃焼室１７の全体で理論空燃比（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清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、三元触媒の清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、最高負荷を含む領域Ａ３で運転しているときには、混合気のＡ／Ｆは、燃焼室１７の全体で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）。
【０１１２】
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以下に設定してもよい。また、Ｇ／Ｆは１８以上５０以下に設定してもよい。
【０１１３】
エンジン１が運転状態６０４で運転するときに、インジェクタ６は、吸気行程中に、複数回の燃料噴射（符号６０４１、６０４２）を行う。インジェクタ６は、第一噴射６０４１を吸気行程の前半に行い、第二噴射６０４２を吸気行程の後半に行ってもよい。
【０１１４】
また、エンジン１が運転状態６０５で運転するときに、インジェクタ６は、吸気行程中に燃料を噴射する（符号６０５１）。
【０１１５】
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（符号６０４３、６０５２）。エンジン１が運転状態６０４で運転しているときに、点火プラグ２５は、圧縮上死点前に点火を行ってもよい（符号６０４３）。エンジン１が運転状態６０５で運転しているときに、点火プラグ２５は、圧縮上死点後に点火を行ってもよい（符号６０５２）。
【０１１６】
混合気のＡ／Ｆを理論空燃比にしてＳＰＣＣＩ燃焼を行うことによって、三元触媒５１１、５１３を利用して、燃焼室１７から排出された排出ガスを清浄することができる。また、ＥＧＲガスを燃焼室１７に導入して混合気を希釈することによって、エンジン１の燃費性能が向上する。
【０１１７】
（領域Ａ５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、燃焼室１７内で混合気を成層化することが困難になって、ＳＰＣＣＩ燃焼を行うことが困難になる。そこで、エンジン１が領域Ａ５で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。
【０１１８】
図５の符号６０６は、エンジン１が領域Ａ５における負荷の高い運転状態６０６にて運転しているときの燃料噴射時期（符号６０６１）及び点火時期（符号６０６２）、並びに、燃焼波形（符号６０６３）を示している。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
混合気のＡ／Ｆは、基本的には、燃焼室１７の全体で理論空燃比（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が全開負荷の付近で運転しているときには、混合気の空気過剰率λは１未満であってもよい。
【０１２２】
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（符号６０６１）。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。
【０１２３】
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（符号６０６２）。
【０１２４】
（排気ガスの温度の推定）
エンジン１の制御に関し排気ガスの温度は、様々な用途に利用される。例えば排気ガス後処理システムの触媒の温度が高すぎると、触媒の信頼性が低下する。触媒に流入する排気ガスの温度を監視し、排気ガスの温度が高すぎる場合は、排気ガスの温度を低下させなければならない。また、例えばＥＧＲガスの還流量を調整するために、ＥＣＵ１０は、排気ガスの温度を把握しなければならない。
【０１２５】
エンジン１の排気通路５０に温度センサを取り付けると、コストが増大する。触媒に流入する排気ガスの温度、及び、ＥＧＲ通路５２の流入する排気ガスの温度のそれぞれを、複数のセンサが計測しようとすると、コストがさらに増大する。そこで、このエンジン１の制御装置は、排気通路５０に温度センサを取り付けないで、筒内の混合気の燃焼状態に基づいて、排気通路５０の最上流部の排気ガスの温度を推定するよう構成されている。排気通路５０の最上流部の排気ガスの温度を推定すれば、制御装置は、最上流部の排気ガスの温度に基づいて、触媒に流入する排気ガスの温度や、ＥＧＲ通路５２に流入する排気ガスの温度等を、さらに推定することができる。
【０１２６】
図６は、排気ガスの温度の推定に係るＥＣＵ１０の機能ブロックを例示している。ＥＣＵ１０は、取得部１０４と、算出部１０５と、推定部１０６と、補正部１０７と、を有している。
【０１２７】
取得部１０４は、筒内圧センサＳＷ６の信号及びクランク角センサＳＷ１１の信号を取得する。
【０１２８】
算出部１０５は、取得部１０４が取得した筒内圧センサＳＷ６の信号及びクランク角センサＳＷ１１の信号に基づいて、筒内における燃焼が特定の程度にまで進行したときのクランク角度である燃焼進行度を算出する。算出部１０５は具体的に、質量燃焼割合が５０％となるクランク角度、つまり、ｍｆｂ５０（又は燃焼重心）を算出してもよい。ｍｆｂ５０の算出手法は、公知の手法を利用してもよい。具体的に算出部１０５は、図３に例示するような、筒内圧センサＳＷ６の信号及びクランク角センサＳＷ１１の信号から得られる熱発生率の波形３０１又は３０２の面積から、ｍｆｂ５０を算出することができる。尚、排気ガスの温度との間に相関があれば、燃焼進行度として用いることができる質量燃焼割合の値は、ｍｆｂ１０やｍｆｂ９０等、任意の値にすることもできる。
【０１２９】
尚、算出部１０５は、例えばクランク角センサＳＷ１１の信号に基づいて、燃焼進行度としての燃焼重心を算出してもよい。例えば図３の波形３０３は、クランク角センサＳＷ１１の信号の時間変化を例示している。ＳＰＣＣＩ燃焼中にＣＩ燃焼が開始するとクランクスピードが速くなるため、変曲点Ｘの近傍で、クランク角センサＳＷ１１のパルス間隔が狭くなる。また、ＳＰＣＣＩ燃焼の熱発率の波形３０１において、変曲点Ｘとｍｆｂ５０とは互いに近いクランク角度である。そのため、クランク角センサＳＷ１１のパルス間隔に基づいて、ｍｆｂ５０を算出してもよい。
【０１３０】
推定部１０６は、燃焼進行度と排気ガスの温度との関係に基づいて排気ガスの温度を推定する。より詳細に、推定部１０６は、燃焼進行度と排気ガスの温度との関係を表すモデルを用い、算出部１０５が算出した燃焼進行度から排気ガスの温度を推定する。モデルは、メモリ１０２に記憶されている。モデルは、具体的には図８、図９及び図１１に示すように構成されている。モデルの構成の詳細は、後述する。
【０１３１】
補正部１０７は、推定部１０６が推定した排気ガスの温度を、エンジン１の温度に応じて補正する。補正部１０７による補正の詳細は、後述する。
【０１３２】
次に、図７のフローチャートを参照しながら、ＥＣＵ１０が実行する排気ガスの温度の推定手順について説明する。尚、図７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。
【０１３３】
ステップＳ１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Ｓ２において、ＥＣＵ１０は、エンジン１の運転状態に対応した燃料噴射及び点火を実行する（図４及び図５参照）。
【０１３４】
次いで、ＥＣＵ１０の取得部１０４は、ステップＳ３において、筒内の燃焼時の、筒内圧センサＳＷ６及びクランク角センサＳＷ１１の信号を取得し、続くステップＳ４において、算出部１０５は燃焼進行度を算出する。
【０１３５】
ステップＳ５において、ＥＣＵ１０の推定部１０６は、エンジン１の燃焼モードが、ＳＩ燃焼であったか否かを判断する。燃焼モードがＳＩ燃焼であってステップＳ５の判断がＹＥＳの場合は、プロセスはステップＳ６に進み、燃焼モードがＳＰＣＣＩ燃焼であってステップＳ５の判断がＮＯの場合は、プロセスはステップＳ８に進む。
【０１３６】
ステップＳ８において、推定部１０６は、混合気の空燃比が理論空燃比か否かを判断する。空燃比が理論空燃比（つまりλ＝１）であってステップＳ８の判断がＹＥＳの場合は、プロセスはステップＳ９に進み、空燃比がリーン（つまりλ＞１）であってステップＳ８の判断がＮＯの場合は、プロセスはステップＳ１１に進む。
【０１３７】
ステップＳ６において推定部１０６は、メモリ１０２に記憶しているモデルと、算出した燃焼進行度とから、排気ガスの温度を推定する。図８は、燃焼進行度と排気ガスの温度との関係を表すモデルを例示している。図８には、ＳＩ燃焼時のモデル８０１と、ＳＰＣＣＩ燃焼時でかつ、空燃比が理論空燃比の時のモデル８０２と、ＳＰＣＣＩ燃焼時でかつ、空燃比がリーンの時のモデル８０３とが例示されている。
【０１３８】
図８からわかるように、モデルは一次の関数により表される。これは、燃焼進行度がＭＢＴでの燃焼進行度よりも遅角する場合に、燃焼進行度と排気ガスの温度との間に、線形となる相関関係が存在することを、本願発明者らが見出したことに依る。
【０１３９】
ＳＩ燃焼及びＳＰＣＣＩ燃焼は、混合気の点火を行う。点火時期が遅くなると排気ガスの温度が高くなる。点火時期と排気ガスの温度との間にも相関関係が存在する。しかしながら、本願発明者らの検討によると、ＳＩ燃焼及び／又はＳＰＣＣＩ燃焼を行う、いわゆる火花点火式エンジンにおいて、点火時期と排気ガスの温度との間の関係は線形でなく、非線形であった。
【０１４０】
点火時期が遅いと燃焼は膨張行程で開始する。膨張行程は、筒内の容積が拡大する行程である。容積の拡大は、クランク角度の進行に対して非線形の関係を有している。膨張行程における燃焼は、非線形的な容積の拡大の影響を受ける。燃焼進行度は、点火時期の遅れに対して、非線形の関係（例えば二次の関数）を有する。
【０１４１】
燃焼進行度は燃焼状態を表すパラメータであるため、燃焼進行度と、エンジン１の図示仕事との間には、線形的な相関関係が成立する。また、排気ガスの温度は、筒内の燃焼により発生した熱量から、エンジンの図示仕事を差し引いた熱量から定まる。そのため、エンジンの図示仕事と、排気ガスの温度との間にも、線形的な相関関係が成立する。点火時期と燃焼進行度とは非線形の関係を有しているため、点火時期と排気ガスの温度との相関関係は非線形になるが、燃焼進行度と排気ガスの温度との相関関係は線形になる。
【０１４２】
そこで、モデル８０１、８０２、８０３はそれぞれ、燃焼進行度がＭＢＴでの燃焼進行度よりも遅角する場合に、燃焼進行度が遅角するほど、排気ガスの温度を線形的に高く推定するように構成されている。推定部１０６は、モデル８０１、８０２、８０３に従って、燃焼進行度がＭＢＴでの燃焼進行度よりも遅角する場合に、燃焼進行度が遅角するほど、排気ガスの温度を線形的に高く推定する。
【０１４３】
また、点火時期が進角し過ぎると異常燃焼が生じ得る。異常燃焼が生じない点火時期の進角限界としてノック限界が設定される。ノック限界は、ＭＢＴよりも遅角側に設定される。点火時期は、ノック限界よりも遅角するように設定される。
【０１４４】
図８に示すように、燃焼進行度がノック限界での燃焼進行度よりも遅角する場合でも、燃焼進行度と排気ガスの温度との間には線形的な相関関係が成立する。モデル８０１、８０２、８０３はそれぞれ、燃焼進行度がノック限界での燃焼進行度よりも遅角する場合に、燃焼進行度が遅角するほど、排気ガスの温度を線形的に高く推定するように構成されている。推定部１０６は、モデル８０１、８０２、８０３に従って、燃焼進行度がノック限界での燃焼進行度よりも遅角する場合に、燃焼進行度が遅角するほど、排気ガスの温度を線形的に高く推定する。
【０１４５】
モデル８０１、８０２、８０３が線形であるため、燃焼進行度がＭＢＴでの燃焼進行度よりも大幅に遅角する場合でも、推定部１０６は、排気ガスの温度を精度良く推測することができる。
【０１４６】
ＳＩ燃焼時のモデル８０１と、ＳＰＣＣＩ燃焼時のモデル８０２、８０３とは相違する。モデル８０１は、ＳＩ燃焼時の燃焼進行度と排気ガスの温度との間の第１関係を表す。モデル８０２、８０３は、ＳＰＣＣＩ燃焼時の燃焼進行度と排気ガスの温度との間の第２関係を表す。推定部１０６は、燃焼モードが切り替わることに対応してモデル８０１、８０２、８０３を切り替えて排気ガスの温度を推定する。このことにより、推定部１０６は、ＳＩ燃焼時及びＳＰＣＣＩ燃焼時のそれぞれについて、排気ガスの温度を精度良く推定することができる。
【０１４７】
より詳細に、ＳＩ燃焼時のモデル８０１は、ＳＰＣＣＩ燃焼時のモデル８０２、８０３よりも、同じ燃焼進行度に対する排気ガスの温度を高く推定するように構成されている。これにより、推定部１０６は、燃焼進行度が同一の場合、ＳＩ燃焼時はＳＰＣＣＩ燃焼時よりも、排気ガスの温度を高く推定する。
【０１４８】
ＳＰＣＣＩ燃焼は、一部の未燃混合気を自己着火により燃焼させるため、ＳＩ燃焼よりも熱効率が高い。よって、ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＳＩ燃焼よりも排気ガスの温度が低く、逆にＳＩ燃焼は、ＳＰＣＣＩ燃焼よりも排気ガスの温度が高い。ＳＩ燃焼時のモデル８０１は、ＳＰＣＣＩ燃焼時のモデル８０２、８０３よりも、同じ燃焼進行度に対する排気ガスの温度を高く推定するように構成することにより、推定部１０６は、ＳＩ燃焼時及びＳＰＣＣＩ燃焼時のそれぞれについて、排気ガスの温度を精度良く推定することができる。
【０１４９】
混合気の空燃比が理論空燃比であるときに、ＳＰＣＣＩ燃焼時のモデル８０２は、燃焼進行度の変化に対する排気ガスの温度上昇率が、ＳＩ燃焼時のモデル８０１の温度上昇率よりも高くなるように構成されている。「燃焼進行度の変化に対する排気ガスの温度上昇率」とは、図８の直線の傾きである。
【０１５０】
前述したように、ＳＰＣＣＩ燃焼時は、熱効率が高い。一方で、ＳＰＣＣＩ燃焼は、一部の混合気がＣＩ燃焼する。膨張行程で行うＣＩ燃焼は、容積変化の影響を大きく受ける。具体的には、燃焼進行度が遅角すると、ＳＰＣＣＩ燃焼の熱効率が大きく低下する。ＳＰＣＣＩ燃焼時は、燃焼進行度の変化に対し、排気ガスの温度が大きく変化する。これに対し、火炎伝播によるＳＩ燃焼は、容積変化の影響を受けにくい。ＳＩ燃焼時に燃焼進行度が遅くなっても、ＳＩ燃焼の熱効率は大きく低下しない。ＳＩ燃焼時は、燃焼進行度の変化に対し、排気ガスの温度の変化が小さい。
【０１５１】
そこで、ＳＰＣＣＩ燃焼時のモデル８０２は、ＳＩ燃焼時のモデル８０１よりも燃焼進行度の変化に対する排気ガスの温度上昇率を高くする。つまり、モデル８０２は、モデル８０１よりも傾きが急である。このことにより、推定部１０６は、ＳＩ燃焼時及びＳＰＣＣＩ燃焼時に、排気ガスの温度を精度良く推定することができる。
【０１５２】
また、混合気の空燃比が理論空燃比の時のモデル８０１、８０２と、リーンの時のモデル８０３とは相違する。さらに、ＳＰＣＣＩ燃焼時に、混合気の空燃比が理論空燃比の時のモデル８０１，８０２と、リーンの時のモデル８０３とは相違する。推定部１０６は、ＳＰＣＣＩ燃焼時に、混合気の空燃比が切り替わることに対応してモデル８０２、８０３を切り替えて排気ガスの温度を推定することにより、排気ガスの温度を精度良く推定することができる。
【０１５３】
より詳細に、混合気の空燃比がリーンの時のモデル８０３は、空燃比が理論空燃比の時のモデル８０２よりも、同じ燃焼進行度に対する排気ガスの温度を低く推定するように構成されている。これにより、推定部１０６は、燃焼進行度が同一の場合、空燃比がリーンの時は空燃比が理論空燃比の時よりも、排気ガスの温度を低く推定する。
【０１５４】
混合気の空燃比がリーンの場合、エンジン１の熱効率が相対的に高いため、排気ガスの温度がその分低くなる。リーンの時のモデル８０３は、理論空燃比の時のモデル８０１、８０２よりも、同じ燃焼進行度に対する排気ガスの温度を低く推定するように構成することにより、推定部１０６は、空燃比が理論空燃比の時及びリーンの時に、排気ガスの温度を精度良く推定することができる。
【０１５５】
混合気の空燃比がリーンの時のモデル８０３は、燃焼進行度の変化に対する排気ガスの温度上昇率が、理論空燃比の時のモデル８０２の温度上昇率よりも低くなるように構成されている。つまり、モデル８０３は、モデル８０２よりも傾きが緩やかである。
【０１５６】
前述したように、ＳＰＣＣＩ燃焼時は熱効率が高く、混合気の空燃比がリーンであれば、エンジン１の熱効率はさらに高い。ＳＰＣＣＩ燃焼時であって、混合気の空燃比が理論空燃比の場合と、リーンの場合とを比較すると、リーンの場合は筒内に供給される燃料量が少なく、筒内での熱発生量も、リーンの場合は少ない。筒内での熱発生量がそもそも少ないため、混合気の空燃比がリーンの場合は、燃焼進行度が遅くなることに対する排気ガスの温度の変化が小さい。そのため、混合気の空燃比がリーンの時のモデル８０３は、燃焼進行度の変化に対する排気ガスの温度上昇率が、理論空燃比の時のモデル８０２の温度上昇率よりも低い。
【０１５７】
モデルは、エンジン１の回転数に応じて変更される。図９は、エンジン１の回転数が高回転の場合のモデル９０１、９０３と、低回転の場合のモデル９０２、９０４とを例示している。図９の上図はＳＩ燃焼時のモデルであり、下図はＳＰＣＣＩ燃焼時のモデルである。
【０１５８】
図９の上図に示すように、エンジン１の回転数が高い場合のモデル９０１は、回転数が低い場合のモデル９０２よりも、同じ燃焼進行度に対する排気ガスの温度を、高く推定するように構成されている。推定部１０６は、燃焼進行度が同一の場合、エンジン１の回転数が高いときには、回転数が低いときよりも、排気ガスの温度を高く推定する。
【０１５９】
エンジン１の回転数が高い場合には、回転数が低い場合よりも、排気ガスの温度が高くなる。これは、エンジン１の回転数が高いほど、単位時間当たりの燃焼回数が増えることでシリンダ壁温が高くなる上に、筒内の燃焼時間が短いことで、冷却損失が減るためである。
【０１６０】
同じ燃焼進行度に対する排気ガスの温度を、エンジン１の回転数が高い場合には、回転数が低い場合よりも高く推定するように、モデル９０１、９０２を構成することにより、推定部１０６は、エンジン１の回転数が変わっても、排気ガスの温度を精度良く推定することができる。
【０１６１】
このことは、図９の下図に示すように、ＳＰＣＣＩ燃焼時でも同じである。つまり、エンジン１の回転数が高い場合のモデル９０３は、回転数が低い場合のモデル９０４よりも、同じ燃焼進行度に対する排気ガスの温度を、高く推定するように構成することにより、ＳＰＣＣＩ燃焼時にエンジン１の回転数が変わっても、推定部１０６は、排気ガスの温度を精度良く推定することができる。
【０１６２】
また、図９の上図に示すように、エンジン１の回転数が高い場合のモデル９０１は、燃焼進行度の変化に対する排気ガスの温度上昇率が、回転数が低い場合のモデル９０２よりも高くなるように構成されている。つまり、モデル９０１は、モデル９０２よりも傾きが急である。
【０１６３】
前述したように、エンジン１の回転数が高い場合はシリンダ壁温が高く、筒内温度とシリンダ壁温との差は相対的に小さい。エンジン１の回転数が高い場合に、燃焼進行度の変化に伴い筒内温度が変化すると、燃焼時の筒内温度とシリンダ壁温との差に対する、筒内温度の変化量の割合は大きくなる。つまり、エンジン１の回転数が高い場合に燃焼進行度が変化すると、冷却損失が大きく変化するため、排気ガスの温度も大きく変化する。逆に、エンジン１の回転数が低い場合はシリンダ壁温が低く、燃焼時の筒内温度とシリンダ壁温との差は相対的に大きい。エンジン１の回転数が低い場合に、燃焼進行度が変化して筒内温度が変化しても、筒内温度とシリンダ壁温との差に対する、筒内温度の変化量の割合は小さいため、排気ガスの温度の変化が小さい。
【０１６４】
燃焼進行度の変化に対する排気ガスの温度上昇率が、エンジン１の回転数が高い場合には、回転数が低い場合よりも高くなるように、モデル９０１、９０２を構成することにより、推定部１０６は、エンジン１の回転数が変わっても、排気ガスの温度を精度良く推定することができる。
【０１６５】
また、図９の下図に示すように、ＳＰＣＣＩ燃焼時も、エンジン１の回転数が高い場合のモデル９０３は、燃焼進行度の変化に対する排気ガスの温度上昇率が、回転数が低い場合のモデル９０４よりも高くなるように構成されている。つまり、モデル９０３は、モデル９０４よりも傾きが急である。
【０１６６】
ここで、図１０は、あるエンジン負荷における、エンジン１の回転数と、推定される排気ガスの温度との関係を例示している。エンジン１の回転数Ｎ１は、図４に示すように、運転マップ４０１においてＳＰＣＣＩ燃焼とＳＩ燃焼とを切り替える回転数である。従って、図１０においてＮ１よりも左では、エンジン１はＳＰＣＣＩ燃焼を行い、Ｎ１よりも右では、エンジン１はＳＩ燃焼を行う。
【０１６７】
エンジン１の回転数がＮ１よりも低い場合、回転数が高くなるに従い、ＳＰＣＣＩ燃焼における燃焼進行度が遅角するため、排気ガスの温度は次第に高くなる。
【０１６８】
エンジン１の回転数がＮ１で、ＳＰＣＣＩ燃焼とＳＩ燃焼とが切り替わる。ＳＩ燃焼の燃焼進行度は、ＳＰＣＣＩ燃焼の燃焼進行度に比べて進角する。そのため、排気ガスの温度は、ＳＰＣＣＩ燃焼からＳＩ燃焼へ切り替わる場合は低下し、ＳＩ燃焼からＳＰＣＣＩ燃焼へ切り替わる場合は高くなる。
【０１６９】
また、エンジン１の回転数がＮ１以上の場合も、回転数が高くなるに従い、ＳＩ燃焼における燃焼進行度が遅角するため、排気ガスの温度は次第に高くなる。但し、エンジン１の回転数に上昇に対する排気ガス温度の上昇率は、ＳＩ燃焼時の方が、ＳＰＣＣＩ燃焼時よりも小さい。つまり、図１０における線の傾きが緩やかである。これは、ＳＩ燃焼時は、エンジン１の回転数が高くなることに対する、燃焼進行度の遅角量が小さいためである。
【０１７０】
筒内の温度及び圧力の状態に大きく依存するＳＰＣＣＩ燃焼時は、膨張行程における筒内の容積変化の影響を受けやすい。ＳＰＣＣＩ燃焼時は、エンジン１の回転数が高くなることに対する、燃焼進行度の遅角量が大きい。このため、ＳＰＣＣＩ燃焼時は、回転数が高くなることに対する排気ガスの温度の上昇率が大きい。つまり、図１０における線の傾きが急である。
【０１７１】
図１１は、エンジン１の負荷が高い場合のモデル１００１、１００３と、低い場合のモデル１００２、１００４とを例示している。モデルは、エンジン１の負荷に応じて変更される。図１１の上図はＳＩ燃焼時のモデルであり、下図はＳＰＣＣＩ燃焼時のモデルである。
【０１７２】
図１１の上図に示すように、エンジン１の負荷が高い場合のモデル１００１は、負荷が低い場合のモデル１００２よりも、同じ燃焼進行度に対する排気ガスの温度を、高く推定するように構成されている。推定部１０６は、燃焼進行度が同一の場合、エンジン１の負荷が高いときには、負荷が低いときよりも、排気ガスの温度を高く推定する。
【０１７３】
エンジン１の負荷が高いと筒内へ供給する燃料量が増え、筒内での発生熱量が多くなる。同じ燃焼進行度に対する排気ガスの温度を、エンジン１の負荷が高い場合には、負荷が低い場合よりも高く推定するように、モデル１００１、１００２を構成することによって、推定部１０６は、エンジン１の負荷が変わっても、排気ガスの温度を精度良く推定することができる。
【０１７４】
このことは、図１１の下図に示すように、ＳＰＣＣＩ燃焼時でも同じである。つまり、エンジン１の負荷が高い場合のモデル１００３は、負荷が低い場合のモデル１００４よりも、同じ燃焼進行度に対する排気ガスの温度を、高く推定するように構成している。このことにより、ＳＰＣＣＩ燃焼時にエンジン１の負荷が変わっても、推定部１０６は、排気ガスの温度を精度良く推定することができる。
【０１７５】
また、図１１の上図に示すように、エンジン１の負荷が高い場合のモデル１００１は、燃焼進行度の変化に対する排気ガスの温度上昇率が、負荷が低い場合のモデル１００２よりも高くなるように構成されている。つまり、モデル１００１は、モデル１００２よりも傾きが急である。
【０１７６】
エンジン１の負荷が高い場合は燃料供給量が多い。エンジン１の負荷が高い場合に、燃焼進行度が変化すると、図示仕事の変化量が大きい。その結果、排気ガスの温度も大きく変化する。逆に、エンジン１の負荷が低い場合は燃料供給量が少ないため、燃焼進行度が変化しても、図示仕事の変化量は小さい。その結果、排気ガスの温度の変化は小さい。
【０１７７】
燃焼進行度の変化に対する排気ガスの温度上昇率が、エンジン１の負荷が高い場合には、負荷が低い場合よりも高くなるように、モデル１００１、１００２を構成することにより、推定部１０６は、エンジン１の負荷が変わっても、排気ガスの温度を精度良く推定することができる。
【０１７８】
また、図１１の下図に示すように、ＳＰＣＣＩ燃焼時も、エンジン１の負荷が高い場合のモデル１００３は、燃焼進行度の変化に対する排気ガスの温度上昇率が、負荷が低い場合のモデル１００４よりも高くなるように構成されている。つまり、モデル１００３は、モデル１００４よりも傾きが急である。
【０１７９】
図７のフローチャートに戻り、推定部１０６は、ステップＳ６において、ＳＩ燃焼に対応するモデル（例えばモデル８０１）を用いて、排気ガスの温度を推定する。また、推定部１０６は、ステップＳ９において、ＳＰＣＣＩ燃焼でかつ、混合気の空燃比が理論空燃比の場合に対応するモデル（例えばモデル８０２）を用いて、排気ガスの温度を推定する。さらに、推定部１０６は、ステップＳ１１において、ＳＰＣＣＩ燃焼でかつ、混合気の空燃比がリーンの場合に対応するモデル（例えばモデル８０３）を用いて、排気ガスの温度を推定する。
【０１８０】
ステップＳ６に続くステップＳ７において、ＥＣＵ１０の補正部１０７は、ステップＳ６で推定した排気ガスの温度を、エンジン１の温度に応じて補正する。また、ステップＳ９に続くステップＳ１０において、補正部は、ステップＳ９で推定した排気ガスの温度を、エンジン１の温度に応じて補正する。さらに、ステップＳ１１に続くステップＳ１２において、補正部は、ステップ１１で推定した排気ガスの温度を、エンジン１の温度に応じて補正する。
【０１８１】
エンジン１の温度は、エンジン１の冷却液の温度によって代表する。補正部１０７は、第２液温センサＳＷ１０の信号からエンジン１の冷却液の温度を取得する。
【０１８２】
図１２は、冷却液の温度と、排気ガスの温度の補正量との関係を例示している。Ｔ１は、冷却液の基準温度である。前述したモデル８０１、８０２、８０３、９０１、９０２、９０３、９０４、１００１、１００２、１００３、１００４は全て、冷却液が基準温度Ｔ１である場合の、燃焼進行度と排気ガスの温度との関係を表している。
【０１８３】
冷却液の温度がＴ１であれば、補正量はゼロである。補正部１０７は、ステップＳ６、Ｓ９、Ｓ１１で推定した排気ガスの温度の補正を、実際は行わない。冷却液の温度がＴ１よりも高いと、補正量はゼロよりも大きい。冷却液の温度が高いほどプラスの補正量は大きい。補正部１０７は、ステップＳ６、Ｓ９、Ｓ１１で推定した排気ガスの温度を高くする補正を行う。エンジン１の温度が高いほど冷却損失が小さくなるから、排気ガスの温度が高くなる。補正部１０７が排気ガスの温度を上げる補正をすることにより、ＥＣＵ１０は、排気ガスの温度を、より精度良く推定することができる。
【０１８４】
冷却液の温度がＴ１よりも低いと、補正量はゼロよりも小さい。冷却液の温度が低いほどマイナスの補正量は大きい。補正部１０７は、ステップＳ６、Ｓ９、Ｓ１１で推定した排気ガスの温度を低くする補正を行う。エンジン１の温度が低いほど冷却損失が大きくなるから、排気ガスの温度が低くなる。補正部１０７が排気ガスの温度を下げる補正をすることにより、ＥＣＵ１０は、排気ガスの温度を、より精度良く推定することができる。
【０１８５】
補正量は、混合気の空燃比に応じて変更される。具体的に、図１２の直線１２０２は、ＳＰＣＣＩ燃焼時でかつ、混合気の空燃比が理論空燃比である場合の補正量を示している。直線１２０３は、ＳＰＣＣＩ燃焼時でかつ、混合気の空燃比がリーンである場合の補正量を示している。図１２からわかるように、混合気の空燃比が理論空燃比の場合は、リーンの場合よりも、排気ガスの温度の補正量を大きくする。
【０１８６】
混合気の空燃比がリーンの場合は、エンジン１の熱効率が相対的に高いため、筒内へ供給される燃料量が少なくなる。そのため、燃焼時の筒内の温度は、混合気の空燃比がリーンの場合は、理論空燃比の場合よりも低くなり、冷却損失も、リーンの場合は、理論空燃比の場合よりも低くなる。逆に混合気の空燃比が理論空燃比の場合は、冷却損失が高くなる。
【０１８７】
補正部１０７は、冷却損失の影響を考慮して補正を行う。そのため、混合気の空燃比が理論空燃比の場合は、リーンの場合よりも、排気ガスの温度の補正量を大きくしている。これにより補正部１０７は、混合気の空燃比と冷却損失との関係を考慮して、排気ガスの温度を適切に補正することができる。
【０１８８】
補正量は、燃焼モードに応じて変更される。具体的に、図１２の直線１２０１は、ＳＩ燃焼時の補正量を示している。図１２からわかるように、ＳＩ燃焼時は、ＳＰＣＣＩ燃焼時よりも排気ガスの温度の補正量を大きくする、
ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＣＩ燃焼時の熱発生率が高いため、筒内のピーク温度が、ＳＩ燃焼時のピーク温度よりも高い。ＳＰＣＣＩ燃焼は、ピーク温度と冷却液の温度との差が大きいため、冷却液の温度が変化した場合の、ピーク温度と冷却液の温度との差に対する、冷却液の温度変化量の割合は小さい。そのため、ＳＰＣＣＩ燃焼は、冷却液の温度が変化しても冷却損失はあまり変化しない。ＳＰＣＣＩ燃焼は、冷却液の温度が変化しても排気ガスの温度は大きく変化しない。
【０１８９】
一方、ＳＩ燃焼は、ピーク温度と冷却液の温度との差が小さいため、冷却液の温度が変化した場合の、ピーク温度と冷却液の温度との差に対する、冷却液の温度変化量の割合は大きい。ＳＩ燃焼は、冷却液の温度が変化すると冷却損失が大きく変化する。ＳＩ燃焼は、冷却液の温度が変化すると排気ガスの温度が大きく変化する。
【０１９０】
そのため、ＳＩ燃焼時は、ＳＰＣＣＩ燃焼時よりも、排気ガスの温度の補正量を大きくしている。これにより補正部１０７は、燃焼モードと冷却損失との関係を考慮して、排気ガスの温度を適切に補正することができる。
【０１９１】
図７のフローチャートに戻り、補正部１０７は、ステップＳ７において、ＳＩ燃焼に対応する補正量１２０１に従って、排気ガスの温度を補正する。また、補正部１０７は、ステップＳ１０において、ＳＰＣＣＩ燃焼でかつ、混合気の空燃比が理論空燃比の場合に対応する補正量１２０２に従って、排気ガスの温度を補正する。さらに、補正部１０７は、ステップＳ１２において、ＳＰＣＣＩ燃焼でかつ、混合気の空燃比がリーンの場合に対応する補正量１２０３に従って、排気ガスの温度を補正する。
【０１９２】
以上の手順によって、排気ガスの温度を推定したＥＣＵ１０は、推定した排気ガスの温度が基準よりも高い場合には、排気ガスの温度を下げる制御を行う。ＥＣＵ１０は、例えば筒内へ供給する燃料量を、基準以下の場合よりも増量する。筒内へ供給する燃料量を増量すると、増量した燃料の潜熱により、筒内から排出する排気ガスの温度が下がる。排気ガスの温度を基準以下に下げることにより、エンジン１の排気通路５０に介設した触媒の信頼性を確保することができる。
【０１９３】
ＥＣＵ１０はまた、エンジン１へ供給する冷却液の温度を、基準以下の場合よりも下げてもよい。具体的にＥＣＵ１０は、冷却システム７０のサーモスタット弁７６及び流量調節弁７７の制御を行うことにより、エンジン１に供給する冷却液の温度を調節する。それにより、エンジン１の冷却損失を調節することができ、筒内から排出する排気ガスの温度を下げることができる。
【０１９４】
ＥＣＵ１０はさらに、エンジン１へ供給する冷却液の流量を、基準以下の場合よりも増やしてもよい。具体的にＥＣＵ１０は、冷却システム７０のサーモスタット弁７６及び流量調節弁７７の制御を行うことにより、エンジン１に供給する冷却液の流量を調節する。それにより、エンジン１の冷却損失を調節することができ、筒内から排出する排気ガスの温度を下げることができる。
【０１９５】
尚、前述した排気ガスの温度を下げる制御は、組み合わせることも可能である。
【０１９６】
また、前記の構成例では、ＥＣＵ１０は、燃焼進行度と排気ガスの温度との関係を表すモデルを用いて、排気ガスの温度を推定すると共に、推定した排気ガスの温度を、エンジン１の温度に応じて補正している。これとは異なり、燃焼進行度と排気ガスの温度とエンジンの温度の関係を表すモデルをつくり、ＥＣＵ１０は、当該モデルを用いて、燃焼進行度とエンジンの温度とから、排気ガスの温度を推定してもよい。この構成は、推定部に補正部が含まれる構成に相当する。
【０１９７】
また、燃焼進行度と排気ガスの温度との関係を表すモデルに代えて、少なくとも燃焼進行度と排気ガスの温度との関係を表すマップを用いて、ＥＣＵ１０は、排気ガスの温度を推定してもよい。
【０１９８】
また、ここに開示する技術は、前述した構成のエンジン１に適用することに限定されない。エンジン１の構成は、様々な構成を採用することが可能である。例えば筒内の混合気に強制点火を行わないディーゼルエンジンに、ここに開示する技術を適用してもよい。ディーゼルエンジンでも、制御部は、燃焼進行度と排気ガスの温度との関係を表すモデルと、燃焼進行度と、から排気ガスの温度を、精度良く推定することができる。
【符号の説明】
【０１９９】
１  エンジン（エンジン）
１０  ＥＣＵ（制御部）
１０５  算出部
１０６  推定部
５０  排気通路
８０１、８０２、８０３  モデル
９０１、９０２、９０３、９０４  モデル
１００１、１００２、１００３、１００４  モデル
ＳＷ６  筒内圧センサ
ＳＷ１１  クランク角センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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