(57)【要約】【課題】ＳＰＣＣＩ燃焼を行うエンジンにおいて、筒内温度を精度良く判定する。【解決手段】混合気は、点火部の強制点火によって一部の混合気が火炎伝播を伴う燃焼を開始した後、残りの未燃混合気が自己着火により燃焼し、制御部（ＥＣＵ１０）は、未燃混合気が目標タイミングにおいて自己着火するよう、目標タイミングよりも前に、前記点火部に点火信号を出力する。制御部はまた、計測部が計測をした燃焼室内の圧力に関係した筒内圧パラメータに基づいて、各燃焼サイクルにおいて未燃混合気が実際に自己着火したか否かを判定すると共に、当該判定に基づいて未燃混合気が自己着火をする確率を演算し、その演算結果に基づいて、所定のクランク角における筒内温度を判定する。【選択図】図１７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダと、前記シリンダ内において往復動するピストンと、前記シリンダの一端を閉じるシリンダヘッドとによって形成されるエンジンの燃焼室と、
前記シリンダヘッドに取り付けられかつ、前記燃焼室内に供給する燃料を噴射する燃料噴射部と、
前記燃焼室内に臨んで配設されかつ、前記燃焼室内の混合気に点火をする点火部と、
前記エンジンの運転に関係するパラメータを計測する計測部と、
前記点火部、前記燃料噴射部、及び前記計測部のそれぞれが接続されていると共に、前記計測部からの計測信号を受けて演算を行うと共に、前記点火部及び前記燃料噴射部に信号を出力する制御部と、を備え、
前記混合気は、前記点火部の強制点火によって一部の混合気が火炎伝播を伴う燃焼を開始した後、残りの未燃混合気が自己着火により燃焼し、
前記制御部は、
前記未燃混合気が目標タイミングにおいて自己着火するよう、前記目標タイミングよりも前に、前記点火部に点火信号を出力する点火制御部と、
前記計測部が計測をした前記燃焼室内の圧力に関係した筒内圧パラメータに基づいて、各燃焼サイクルにおいて未燃混合気が実際に自己着火したか否かを判定するＣＩ有無判定部と、
前記ＣＩ有無判定部による判定に基づいて、未燃混合気が自己着火をする確率を示すＣＩ確率を演算するＣＩ確率演算部と、
前記ＣＩ確率演算部による演算結果に基づいて、所定のクランク角における筒内温度を判定する筒内温度判定部と、を有している
ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載された圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記制御部に接続されていると共に、前記制御部からの信号を受けて前記筒内温度を調整する筒内温度調整部をさらに備え、
前記制御部は、前記筒内温度判定部により筒内温度が高いと判定されたときには、当該筒内温度を低下させると共に、前記筒内温度判定部により筒内温度が低いと判定されたときには、当該筒内温度を上昇させるよう、前記筒内温度調整部に信号を出力する
ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載された圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記制御部は、前記エンジンの運転状態に対応した制御量の目標値を演算すると共に、該目標値に対応した目標筒内温度を決定し、
前記筒内温度判定部は、前記ＣＩ確率に基づいて筒内温度を推定するとともに、該推定結果が前記目標筒内温度よりも高いときには筒内温度が高いと判定する一方、前記推定結果が前記目標筒内温度よりも低いときには筒内温度が低いと判定する
ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載された圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記制御部は、前記筒内温度の推定値と、前記目標筒内温度との差分に基づいて、前記筒内温度調整部へ出力する信号を制御する
ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。
【請求項５】
請求項３又は４に記載された圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記筒内温度判定部は、前記ＣＩ確率が大きいときには、小さいときに比して、前記筒内温度を高く推定する
ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。
【請求項６】
請求項３から５のいずれか１項に記載された圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記制御部は、前記燃焼室の中の混合気が燃焼するときに発生する全熱量に対し、火炎伝播により混合気が燃焼するときに発生する熱量の割合に関係する指標としての熱量比率の目標値と、未燃混合気が自己着火をするタイミングの目標値とをそれぞれを決定するとともに、各目標値に基づいて前記目標筒内温度を決定し、
前記制御部は、前記目標筒内温度を実現するように、前記点火部に信号を出力する
ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。
【請求項７】
請求項２から６のいずれか１項に記載された圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記筒内温度調整部は、前記エンジンに設けられかつ、前記燃焼室の中の混合気に含まれるＥＧＲガスの量を変更するＥＧＲシステムを有し、
前記ＥＧＲシステムは、吸気弁と排気弁との両方が開弁するオーバーラップ期間の長さを調整するように構成された内部ＥＧＲシステムと、吸気通路と排気通路との間に接続されるＥＧＲ通路における排気ガスの流量を調整するように構成された外部ＥＧＲシステムと、の少なくとも一方によって構成されている
ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載された圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記制御部は、前記計測部が計測をしたパラメータに基づいて、質量燃焼割合が所定値となるクランク角を演算し、
前記筒内温度判定部は、前記ＣＩ確率と前記クランク角とに基づいて、前記筒内温度を判定する
ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。
【請求項９】
請求項８に記載された圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記筒内温度判定部は、
前記クランク角が所定値にあるとき、前記ＣＩ確率が大きいときには、小さいときに比して前記筒内温度を高く判定し、
前記ＣＩ確率が所定値にあるとき、前記クランク角が遅角側にあるときには、進角側にあるときに比して前記筒内温度を高く判定する
ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載された圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記筒内温度判定部は、前記ＣＩ確率が０％又は１００％と算出されたときには、前記筒内温度の判定を制限する
ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項に記載された圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記ＣＩ有無判定部は、前記点火部による強制点火後に、前記計測部が計測をした筒内圧パラメータが、しきい値を超えたときに、実際に自己着火が生じたと判定する一方、当該しきい値を超えなかったときには、自己着火が生じなかったと判定する
ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載された圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記計測部は、前記燃焼室に臨んで配設されかつ、前記燃焼室内の圧力を計測する筒内圧センサを含み、
前記ＣＩ有無判定部は、前記筒内圧パラメータを示す信号として、前記筒内圧センサの計測信号を用いる
ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載された圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記制御部は、前記筒内圧センサの計測信号のうち、第１周波数以上かつ第２周波数以下の周波数を有する信号を通過させる第１バンドパスフィルタを有し、
前記ＣＩ有無判定部は、前記第１バンドパスフィルタを通過した計測信号が第１しきい値を超えたときに、実際に自己着火が生じたと判定し、
前記第１周波数及び前記第２周波数は、０．５ｋＨｚ以上かつ４．０ｋＨｚ以下の範囲に設定されている
ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。
【請求項１４】
請求項１２に記載された圧縮着火式エンジンの制御装置において、
前記制御部は、前記燃焼室に臨んで配設されかつ、前記燃焼室内の圧力を計測する筒内圧センサを有し、
前記制御部は、前記筒内圧センサの計測信号から第３周波数以上かつ第４周波数以下の周波数を有する信号を通過させる第２バンドパスフィルタを有し、
前記ＣＩ有無判定部は、前記第２バンドパスフィルタを通過した計測信号が第２しきい値を超えたときに、実際に自己着火が生じたと判定し、
前記第３周波数及び前記第４周波数は、５．５ｋＨｚ以上かつ８．０ｋＨｚ以下の範囲に設定されている
ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。
【請求項１５】
シリンダと、前記シリンダ内において往復動するピストンと、前記シリンダの一端を閉じるシリンダヘッドとによって形成されるエンジンの燃焼室と、
前記シリンダヘッドに取り付けられかつ、前記燃焼室内に供給する燃料を噴射する燃料噴射部と、
前記燃焼室内に臨んで配設されかつ、前記燃焼室内の混合気に点火をする点火部と、
前記エンジンの運転に関係するパラメータを計測する計測部と、
前記点火部、前記燃料噴射部、及び前記計測部のそれぞれが接続されていると共に、前記計測部からの計測信号を受けて演算を行うと共に、前記点火部及び前記燃料噴射部に信号を出力する制御部と、を備える圧縮着火式エンジンの筒内温度判定方法であって、
前記混合気は、前記点火部の強制点火によって一部の混合気が火炎伝播を伴う燃焼を開始した後、残りの未燃混合気が自己着火により燃焼し、
前記筒内温度判定方法は、
前記未燃混合気が目標タイミングにおいて自己着火するよう、前記目標タイミングよりも前に、前記点火部に点火信号を出力する点火制御工程と、
前記計測部が計測をした前記燃焼室内の圧力に関係した筒内圧パラメータに基づいて、各燃焼サイクルにおいて未燃混合気が実際に自己着火したか否かを判定するＣＩ有無判定工程と、
前記ＣＩ有無判定工程による判定に基づいて、未燃混合気が自己着火をする確率を示すＣＩ確率を演算するＣＩ確率演算工程と、
前記ＣＩ確率演算工程による演算結果に基づいて、所定のクランク角における筒内温度を判定する筒内温度判定工程と、を有する
ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの筒内温度判定方法。
【請求項１６】
シリンダと、前記シリンダ内において往復動するピストンと、前記シリンダの一端を閉じるシリンダヘッドとによって形成されるエンジンの燃焼室と、
前記シリンダヘッドに取り付けられかつ、前記燃焼室内に供給する燃料を噴射する燃料噴射部と、
前記燃焼室内に臨んで配設されかつ、前記燃焼室内の混合気に点火をする点火部と、
前記エンジンに設けられかつ、前記燃焼室の中の混合気に含まれるＥＧＲガスの量の割合であるＥＧＲ率を変更することにより、前記シリンダにおける筒内温度を調整する筒内温度調整部と、
前記燃焼室に臨んで配設されかつ、前記燃焼室内の圧力を計測する筒内圧センサを少なくとも含みかつ、前記エンジンの運転に関係するパラメータを計測する計測部と、
前記点火部、前記燃料噴射部、前記筒内温度調整部、及び、前記計測部のそれぞれが接続されていると共に、前記計測部からの計測信号を受けて演算を行うと共に、前記点火部、前記燃料噴射部、及び、前記筒内温度調整部に信号を出力する制御部と、を備え、
前記混合気は、前記点火部の強制点火によって一部の混合気が火炎伝播を伴う燃焼を開始した後、残りの未燃混合気が自己着火により燃焼し、
前記制御部は、
前記未燃混合気が自己着火する目標タイミングを記憶する目標タイミング記憶部と、
前記目標タイミング記憶部に記憶されている目標タイミングに基づいて、前記未燃混合気が目標タイミングにおいて自己着火するよう、前記目標タイミングよりも前に、前記点火部に点火信号を出力する点火制御部と、を有し、
前記制御部はまた、
前記筒内圧センサの計測信号のうち、特定の周波数帯の信号を通過させるバンドパスフィルタと、
しきい値を記憶するしきい値記憶部と、
前記バンドパスフィルタを通過した計測信号の値が、前記しきい値を超えたときには実際に自己着火が生じたと判定する一方、当該しきい値を超えなかったときには、自己着火が生じなかったと判定するＣＩ有無判定部と、
前記ＣＩ有無判定部による判定に基づいて、未燃混合気が自己着火をする確率を示すＣＩ確率を演算するＣＩ確率演算部と、
前記ＣＩ確率演算部による演算結果に基づいて、所定のクランク角における前記筒内温度を判定する筒内温度判定部と、を有し、
前記制御部は、前記筒内温度判定部により筒内温度が高いと判定されたときには、当該筒内温度を低下させると共に、前記筒内温度判定部により筒内温度が低いと判定されたときには、当該筒内温度を上昇させるよう、前記筒内温度調整部に信号を出力する
ことを特徴とする圧縮着火式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、圧縮着火式エンジンの制御装置及び筒内温度判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
火炎伝播を介さずに混合気が一気に燃焼する自己着火による燃焼は、燃焼期間が最小である。混合気が適切な時期に自己着火により燃焼すると、エンジンの燃費効率を最大限に高めることができる。
【０００３】
例えば特許文献１に記載されているエンジンの制御装置は、自己着火による燃焼の時期を調節するために、筒内圧センサの出力信号に基づいて、質量燃焼割合が５０％となる時期を計算する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３８７３５８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の技術とは異なり、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、燃焼室の中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、燃焼室の中の混合気が圧縮着火することにより開始する燃焼である。ＳＰＣＣＩ燃焼は、燃焼室の中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、燃焼室の中の未燃混合気がＣＩ燃焼する形態である。ＳＰＣＣＩ燃焼は、ＣＩ燃焼を含んでいるため、「圧縮着火による燃焼」の一形態である。
【０００６】
ＣＩ燃焼は、筒内温度が、混合気の組成により定まる着火温度に到達したときに起こる。圧縮上死点付近で筒内温度が着火温度に到達してＣＩ燃焼が起これば、ＳＰＣＣＩ燃焼の燃費効率を最大化することができる。
【０００７】
筒内温度は、筒内圧力の上昇に応じて高くなる。ＳＰＣＣＩ燃焼における筒内圧力は、圧縮行程でのピストンの圧縮仕事による圧力上昇と、ＳＩ燃焼の発熱から生じる圧力上昇との二つの圧力上昇の結果である。
【０００８】
一方、ＳＰＣＣＩ燃焼において、圧縮上死点の付近でＣＩ燃焼が起こると、筒内圧力が過度に上昇し、燃焼騒音が過大になる場合がある。この場合、点火時期を遅角させると、膨張行程においてピストンが相当下がった時期にＣＩ燃焼が起こるため、燃焼騒音を抑制することができる。しかし、エンジンの燃費効率は低下する。
【０００９】
ＳＰＣＣＩ燃焼を行うエンジンにおいて燃焼騒音の抑制と燃費性能の向上とを両立するには、クランク角の進行に対して変化する燃焼波形が適切な燃焼波形となるように、ＳＰＣＣＩ燃焼をコントロールしなければならない。
【００１０】
ＳＰＣＣＩ燃焼において、混合気が自着火するタイミングは、筒内温度の影響を受ける。筒内温度を精度良く判定することは、ＳＰＣＣＩ燃焼において自着火するタイミングを正確にコントロールする上で有利になる。ここでの筒内温度とは、１サイクル中の平均的な筒内温度ではなく、所定のクランク角におけるシリンダ内の温度を指す。
【００１１】
ここで、筒内温度の判定方法としては、吸気温と排気温を用いた方法や、エンジン水温を用いた方法が知られているものの、これらの方法では、１サイクル中の筒内温度の平均を推定することができるに過ぎない。所定のクランク角における筒内温度を精度良く判定しようとすれば、例えば混合気の流動、及び、燃料の濃度ムラ等に起因した筒内環境のバラツキを考慮した、新たな手法が必要である。
【００１２】
ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ＳＰＣＣＩ燃焼を行うエンジンにおいて、筒内温度を精度良く判定することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
ＳＰＣＣＩ燃焼をコントロールするために、エンジンの制御部は、種々のパラメータの目標値を定め、その目標値を実現するように、燃焼室内の温度の調節と、点火時期の調節とを行う。燃焼室内の温度は、燃焼室内に導入する排気ガスの温度及び／又は量を調節することによって調節する。
【００１４】
以下、燃焼室内の温度を「筒内温度」、又は、「Ｔｉｎ」と呼称するとともに、筒内温度の推定値を「実筒内温度」又は「実Ｔｉｎ」と呼称したり、筒内温度の目標値を「目標筒内温度」又は「目標Ｔｉｎ」と呼称したりする場合がある。
【００１５】
ところが、実際のエンジンでは、ＳＰＣＣＩ燃焼を試みたとしても、ＳＩ燃焼後に、必ずしもＣＩ燃焼が開始するとは限らない。つまり、ＳＰＣＣＩ燃焼は、全ての燃焼サイクルにおいて実現されるとは限らない。ＳＰＣＣＩ燃焼を的確にコントロールするためには、ＣＩ燃焼が生じる頻度も把握することが考えられる。
【００１６】
そこで、本願発明者らは、ＳＰＣＣＩ燃焼の特性を表す新規なパラメータとして、ＣＩ確率を定義している。このＣＩ確率は、ＳＩ燃焼を行った回数に対する、ＳＩ燃焼後にＣＩ燃焼が引き起こされた回数の割合に関係した指標と定義することができる。ＣＩ確率が高いと、ＳＩ燃焼後に未燃混合気がＣＩ燃焼する頻度が高くなり、ＣＩ確率が低いと、ＳＩ燃焼後に未燃混合気がＣＩ燃焼する頻度が低くなる。ＣＩ燃焼する頻度が高くなると、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＣＩ燃焼の割合が平均的に高くなり、エンジンの燃費効率の向上に有利になる。
【００１７】
また、ＣＩ確率は、圧力波の強度、混合気の流動、及び、燃料の濃度ムラ等、燃焼サイクル毎の筒内環境を反映したパラメータである。
【００１８】
前述のように、ＣＩ燃焼は、筒内温度が着火温度に到達したときに生じる。よって、筒内温度が高いときには、着火温度に到達し易くなるため、筒内温度が低いときに比して、ＣＩ確率が高くなるものと考えられる。このように、筒内温度の高低に応じて、ＣＩ確率が増減することになる。
【００１９】
本願発明者らは、筒内温度とＣＩ確率とが密接に関連していることに着目し、筒内温度の新たな判定手法を見出すに至った。
【００２０】
ここに開示する技術は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行うエンジンにおいて、筒内温度を精度良く判定することができる。
【００２１】
具体的に、ここに開示する技術は、圧縮着火式エンジンの制御装置に係る。この圧縮着火式エンジンの制御装置は、シリンダと、前記シリンダ内において往復動するピストンと、前記シリンダの一端を閉じるシリンダヘッドとによって形成されるエンジンの燃焼室と、前記シリンダヘッドに取り付けられかつ、前記燃焼室内に供給する燃料を噴射する燃料噴射部と、前記燃焼室内に臨んで配設されかつ、前記燃焼室内の混合気に点火をする点火部と、前記エンジンの運転に関係するパラメータを計測する計測部と、前記点火部、前記燃料噴射部、及び前記計測部のそれぞれが接続されていると共に、前記計測部からの計測信号を受けて演算を行うと共に、前記点火部及び前記燃料噴射部に信号を出力する制御部と、を備え、前記混合気は、前記点火部の強制点火によって一部の混合気が火炎伝播を伴う燃焼を開始した後、残りの未燃混合気が自己着火により燃焼する。
【００２２】
そして、前記制御部は、前記未燃混合気が目標タイミングにおいて自己着火するよう、前記目標タイミングよりも前に、前記点火部に点火信号を出力する点火制御部と、前記計測部が計測をした前記燃焼室内の圧力に関係した筒内圧パラメータに基づいて、各燃焼サイクルにおいて未燃混合気が実際に自己着火したか否かを判定するＣＩ有無判定部と、前記ＣＩ有無判定部による判定結果に基づいて、未燃混合気が自己着火をする確率を示すＣＩ確率を演算するＣＩ確率演算部と、前記ＣＩ確率演算部による演算結果に基づいて、所定のクランク角における筒内温度を判定する筒内温度判定部と、を有している。
【００２３】
この構成によると、点火制御部が点火部に点火信号を出力することにより、点火部が混合気に点火をする。点火部による点火を契機として、火炎伝播を伴う燃焼が発生する。ＳＩ燃焼の開始後、残りの未燃混合気が自己着火により燃焼する。こうして、この圧縮着火式エンジンは、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う。点火制御部は、未燃混合気が目標タイミングにおいて自己着火するように、点火部が強制点火をするタイミングを調節する。
【００２４】
計測部は、混合気が燃焼している最中の燃焼室内の圧力に関係する筒内圧パラメータを計測する。ＣＩ有無判定部は、筒内圧パラメータに基づいて、未燃混合気が実際に自己着火をしたか否かを判定する。そして、ＣＩ確率演算部は、ＣＩ有無判定部による判定結果に基づいて、前述のＣＩ確率を演算する。
【００２５】
前述したように、筒内温度が高いときには、低いときに比して、ＣＩ確率は高くなる。本願発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、筒内温度の高低に応じてＣＩ確率の値が変動するところ、ベイズ推定の手法に着目し、筒内温度とＣＩ確率との因果関係を逆に辿ることを想到するに至った。そうして、本願発明者らは、ＣＩ確率の値に基づいて、筒内温度を判定することができるという事実を突き止めた。
【００２６】
前記の構成は、こうした知見に基づくものである。前記の構成によれば、制御部は、ＣＩ確率に基づいて、筒内温度を判定する。ＣＩ確率は、圧力波の強度、混合気の流動、及び、燃料の濃度ムラ等の影響を反映したものであるから、ＣＩ確率を用いて筒内温度を正確に判定することができる。よって、筒内温度の判定精度を高めることができる。筒内温度の判定精度が高くなることにより、制御部は、ＳＰＣＣＩ燃焼を適切にコントロールすることができる。そのことで、ＳＰＣＣＩ燃焼における燃焼騒音を抑制しながら、エンジンの燃費性能を向上させることができる。
【００２７】
また、前記圧縮着火式エンジンの制御装置は、前記制御部に接続されていると共に、前記制御部からの信号を受けて前記筒内温度を調整する筒内温度調整部をさらに備え、前記制御部は、前記筒内温度判定部により筒内温度が高いと判定されたときには、当該筒内温度を低下させると共に、前記筒内温度判定部により筒内温度が低いと判定されたときには、当該筒内温度を上昇させるよう、前記筒内温度調整部に信号を出力する、としてもよい。
【００２８】
前記の構成によれば、制御部は、筒内温度判定部による判定結果に基づいて、筒内温度を調整する。筒内温度の判定精度が高くなることにより、この筒内温度を従来よりも正確に調整し、ひいては、ＳＰＣＣＩ燃焼を適切にコントロールする上で有利になる。
【００２９】
また、前記制御部は、前記エンジンの運転状態に対応した制御量の目標値を演算すると共に、該目標値に対応した目標筒内温度を決定し、前記筒内温度判定部は、前記ＣＩ確率に基づいて筒内温度を推定するとともに、該推定結果が前記目標筒内温度よりも高いときには筒内温度が高いと判定する一方、前記推定結果が前記目標筒内温度よりも低いときには筒内温度が低いと判定する、としてもよい。
【００３０】
前記の構成によれば、制御部は、筒内温度を判定するための指標として、後述のＳＩ率やＣＩ時期の目標値など、様々なパラメータの目標値に対応した筒内温度（目標筒内温度）を参照する。これにより、実際に到達したであろうと推定される筒内温度（筒内温度の推定値）を、エンジンの運転状態に応じて要求される所望の筒内温度（目標筒内温度）に対して比較することが可能となる。これにより、筒内温度をより正確に調整し、ひいては、ＳＰＣＣＩ燃焼を適切にコントロールする上で有利になる。
【００３１】
また、前記制御部は、前記筒内温度の推定値と、前記目標筒内温度との差分に基づいて、前記筒内温度調整部へ出力する信号を制御する、としてもよい。
【００３２】
前記の構成によれば、制御部は、例えば、筒内温度の推定値と、目標筒内温度との差分が大きいときには、小さいときに比して、筒内温度をより大きく増減させる。これにより筒内温度をより正確に調整し、ひいては、ＳＰＣＣＩ燃焼を適切にコントロールする上で有利になる。
【００３３】
また、前記筒内温度判定部は、前記ＣＩ確率が大きいときには、小さいときに比して、前記筒内温度を高く推定する、としてもよい。
【００３４】
前述のように、筒内温度が高いときには、低いときに比して、ＣＩ確率が大きくなる。こうした傾向を換言すると、ＣＩ確率が大きいときには、小さいときに比して、筒内温度が高いものと考えられる。
【００３５】
前記の構成によれば、筒内温度の推定精度を高めることができる。これにより、筒内温度をより正確に調整し、ひいては、ＳＰＣＣＩ燃焼を適切にコントロールする上で有利になる。
【００３６】
また、前記制御部は、前記燃焼室の中の混合気が燃焼するときに発生する全熱量に対し、火炎伝播により混合気が燃焼するときに発生する熱量の割合に関係する指標としての熱量比率の目標値と、未燃混合気が自己着火をするタイミングの目標値とをそれぞれを決定するとともに、各目標値に基づいて前記目標筒内温度を決定し、前記制御部は、前記目標筒内温度を実現するように、前記点火部に信号を出力する、としてもよい。
【００３７】
ＳＰＣＣＩ燃焼をコントロールするために、本願出願人は、ＳＰＣＣＩ燃焼の特性を表すパラメータとして、ＳＩ率（熱量比率）を提案している。本願出願人は、ＳＩ率を、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率が高いと、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ燃焼の割合が高く、ＳＩ率が低いと、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＣＩ燃焼の割合が高い。ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ燃焼の割合が高いと、燃焼騒音の抑制に有利になる。ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＣＩ燃焼の割合が高いと、エンジンの燃費効率の向上に有利になる。
【００３８】
また、本願出願人は、ＳＰＣＣＩ燃焼の特性を表すもう一つのパラメータとして、ＣＩ燃焼開始時期θｃｉを提案している。ＣＩ燃焼開始時期θｃｉは、未燃混合気が自己着火する時期である。ＳＩ率が変化すると、θｃｉも変化する。以下、ＣＩ燃焼開始時期を「ＣＩ時期」とも呼称するとともに、ＣＩ時期の推定値を「実ＣＩ時期」と呼称する場合がある。
【００３９】
エンジンの制御部は、例えば、ＳＩ率とθｃｉとの二つの新規なパラメータを用いて、ＳＰＣＣＩ燃焼をコントロールする。具体的に制御部は、エンジン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、燃焼室内の温度の調節と、点火時期の調節とを行う。  ＣＩ確率と筒内温度との間の関係と同様に、目標ＣＩ時期（ＣＩ時期の目標値）は、目標筒内温度と相関している。また、前記のように、ＳＩ率が変化するとθｃｉが変化することから、目標熱量比率（ＳＩ率の目標値）は、目標ＣＩ時期を介して目標筒内温度と相関している。
【００４０】
こうした相関関係を考慮することで、制御部は、目標筒内温度を的確に決定することができる。これにより、筒内温度をより正確に調整し、ひいては、ＳＰＣＣＩ燃焼を適切にコントロールする上で有利になる。
【００４１】
また、前記筒内温度調整部は、前記エンジンに設けられかつ、前記燃焼室の中の混合気に含まれるＥＧＲガスの量を変更するＥＧＲシステムを有し、前記ＥＧＲシステムは、吸気弁と排気弁との両方が開弁するオーバーラップ期間の長さを調整するように構成された内部ＥＧＲシステムと、吸気通路と排気通路との間に接続されるＥＧＲ通路における排気ガスの流量を調整するように構成された外部ＥＧＲシステムと、の少なくとも一方によって構成されている、としてもよい。
【００４２】
前記の構成によれば、内部ＥＧＲシステム及び／又は外部ＥＧＲシステムを介してＥＧＲガスの量を変更することにより、筒内温度を調整することができる。これにより、ＳＰＣＣＩ燃焼を適切にコントロールする上で有利になる。
【００４３】
また、前記制御部は、前記計測部が計測をしたパラメータに基づいて、質量燃焼割合が所定値となるクランク角を演算し、前記筒内温度判定部は、前記ＣＩ確率と前記クランク角とに基づいて、前記筒内温度を判定する、としてもよい。
【００４４】
一例として、質量燃焼割合が１０％になるクランク角をθｍｆｂ１０と呼称すると、このθｍｆｂ１０が遅いタイミングのときには、ＳＰＣＣＩ燃焼、特にＳＩ燃焼による火炎伝搬が緩慢に進行しているものと考えられる。ここで、火炎伝播が緩慢に進行しているときには、急峻に進行しているときに比して、ＣＩ燃焼が生じ難くなり、その結果、ＣＩ確率は小さくなると考えられる。
【００４５】
ここで、θｍｆｂ１０が遅いタイミングであったにも拘わらず、ＣＩ確率が大きな値であったときには、ＣＩ確率が小さな値であったときに比して、筒内温度が高かったものと考えられる。
【００４６】
このように、θｍｆｂ１０は、ＣＩ確率と共に、筒内温度の高低に関連している。このような関係は、θｍｆｂ１０に限らず、ＳＰＣＣＩ燃焼の燃焼初期において、質量燃焼割合が他の所定値となるクランク角についても成立する。
【００４７】
前記の構成によれば、筒内温度の推定精度を高めることができる。これにより、筒内温度をより正確に調整し、ひいては、ＳＰＣＣＩ燃焼を適切にコントロールする上で有利になる。
【００４８】
また、前記筒内温度判定部は、前記クランク角が所定値にあるとき、前記ＣＩ確率が大きいときには、小さいときに比して前記筒内温度を高く判定し、前記ＣＩ確率が所定値にあるとき、前記クランク角が遅角側にあるときには、進角側にあるときに比して前記筒内温度を高く判定する、としてもよい。
【００４９】
前記のように、クランク角の一例としてθｍｆｂ１０を用いて説明すると、このθｍｆｂ１０が所定値にあるとき、筒内温度が高いときには、低いときに比してＣＩ確率は大きくなると考えられる。この関係を換言すれば、θｍｆｂ１０が所定値にあるとき、ＣＩ確率が大きいときには、小さいときに比して筒内温度は高くなる。
【００５０】
一方、ＣＩ確率が所定値にあるとき、筒内温度が高いときには、低いときに比してθｍｆｂ１０は遅角側にあると考えられる。この関係を換言すれば、ＣＩ確率が所定値にあるとき、θｍｆｂ１０が遅角側にあるときには、進角側にあるときに比して筒内温度は高くなる。
【００５１】
前記の構成によれば、筒内温度判定部は、θｍｆｂ１０等のクランク角と、ＣＩ確率とに基づいて、筒内温度の高低を判定することができる。そのことで、筒内温度の推定精度を高めることができる。これにより、筒内温度をより正確に調整し、ひいては、ＳＰＣＣＩ燃焼を適切にコントロールする上で有利になる。
【００５２】
また、前記筒内温度判定部は、前記ＣＩ確率が０％又は１００％と算出されたときには、前記筒内温度の判定を制限する、としてもよい。
【００５３】
例えば、筒内温度が過度に高いときには、ＣＩ確率は１００％まで上昇すると考えられる。このとき、筒内温度が若干増減したとしても、ＣＩ確率は実質的に１００％のまま保たれるため、筒内温度を精度良く推定することができない。筒内温度が過度に低く、ＣＩ確率が０％まで下降したときにも、同様の事情から、筒内温度を精度良く推定することができない。
【００５４】
このように、ＣＩ確率が０％又は１００％と算出されたときには、筒内温度を精度よく推定することができないため、前記筒内温度判定部は、筒内温度の判定を制限する。これにより、筒内温度をより正確に調整し、ひいては、ＳＰＣＣＩ燃焼を適切にコントロールする上で有利になる。
【００５５】
また、前記ＣＩ有無判定部は、前記点火部による強制点火後に、前記計測部が計測をした筒内圧パラメータが、しきい値を超えたときに、実際に自己着火が生じたと判定する一方、当該しきい値を超えなかったときには、自己着火が生じなかったと判定する、としてもよい。
【００５６】
また、前記計測部は、前記燃焼室に臨んで配設されかつ、前記燃焼室内の圧力を計測する筒内圧センサを含み、前記ＣＩ有無判定部は、前記筒内圧パラメータを示す信号として、前記筒内圧センサの計測信号を用いる、としてもよい。
【００５７】
本願発明者らは、先に、燃焼室内の圧力を計測する筒内圧センサの計測信号における第１周波数以上かつ第２周波数以下の周波数を有する値に基づいて、ＣＩ時期θｃｉを精度良く推定する手法を完成しかつ、提案している。この推定手法は、燃焼室内の全ての混合気を強制点火に伴う火炎伝播により燃焼させた場合と、燃焼室内の全ての混合気を圧縮燃焼させた場合とで、圧力波の強度（スペクトル）が、第１周波数以上かつ第２周波数以下の特定の周波数帯域で大きく異なることに基づく。火炎伝播による燃焼は、燃焼開始時の熱発生率（ｄＱ／ｄθ）が、圧縮着火燃焼の熱発生率よりも低いという特性を有しているため、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とは、圧力波の強度が特定の周波数帯域において異なると考えられる。
【００５８】
より詳細に、本願発明者らは、筒内圧センサの計測信号のうち、第１周波数以上かつ第２周波数以下の周波数を通過帯域とするバンドパスフィルタを通過した計測信号が最小値となるタイミングが、ＣＩ時期θｃｉとほぼ一致することを見出した。そこで、前記の提案では、制御部は、バンドパスフィルタを通過した計測信号の最小値が所定のしきい値を超えると、当該最小値のタイミングを、未燃混合気が自己着火したタイミング（つまり、ＣＩ時期θｃｉ）と推定する。一方、そうした処理を行ったにも拘わらず、ＣＩ時期を推定することができなかった場合には、そもそも、自己着火が生じなかったと判定することができる。
【００５９】
前記の構成によれば、制御部は、筒内圧センサの計測値に基づいて、ＣＩ燃焼の有無を判定することができる。
【００６０】
また、前記制御部は、前記筒内圧センサの計測信号のうち、第１周波数以上かつ第２周波数以下の周波数を有する信号を通過させる第１バンドパスフィルタを有し、前記ＣＩ有無判定部は、前記第１バンドパスフィルタを通過した計測信号が第１しきい値を超えたときに、実際に自己着火が生じたと判定し、前記第１周波数及び前記第２周波数は、０．５ｋＨｚ以上かつ４．０ｋＨｚ以下の範囲に設定されている、としてもよい。
【００６１】
本願発明者らの検討によれば、０．５ｋＨｚ以上かつ４．０ｋＨｚ以下の範囲に設定した第１周波数以上かつ第２周波数以下を通過帯域とするバンドパスフィルタを通過した計測信号（筒内圧パラメータに相当）に基づくと、ＣＩ時期θｃｉを精度よく推定することができる。
【００６２】
また、前記制御部は、前記筒内圧センサの計測信号から第３周波数以上かつ第４周波数以下の周波数を有する信号を通過させる第２バンドパスフィルタを有し、前記制御部はまた、前記第２バンドパスフィルタを通過した計測信号が第２しきい値を超えるタイミングを前記実ＣＩ時期と推定する第２の着火時期推定部を有し、前記第３周波数及び前記第４周波数は、５．５ｋＨｚ以上かつ８．０ｋＨｚ以下の範囲に設定されている、としてもよい。
【００６３】
第１バンドパスフィルタと、第２バンドパスフィルタとは通過帯域が相違する。着火時期推定部が第１バンドパスフィルタを用いて未燃混合気が自己着火するクランク角タイミングを推定することと、第２の着火時期推定部が第２バンドパスフィルタを用いて未燃混合気が自己着火するクランク角タイミングを推定することとは、互いに異なる手法によってＣＩ時期θｃｉを推定することに相当する。二種類の手法のそれぞれによってＣＩ時期θｃｉを推定することにより、ＣＩ時期θｃｉの推定精度は高まる。
【００６４】
例えば、いずれか一方の手法によってのみタイミングを推定することができたときに、制御部は、当該タイミングをＣＩ時期θｃｉであると推定することができる。
【００６５】
また、二種類の手法それぞれによってタイミングを推定することができたときに、制御部は、相対的に進角側のタイミングをＣＩ時期θｃｉであると推定してもよい。
【００６６】
ここに開示する圧縮着火式エンジンの筒内温度判定方法は、シリンダと、前記シリンダ内において往復動するピストンと、前記シリンダの一端を閉じるシリンダヘッドとによって形成されるエンジンの燃焼室と、前記シリンダヘッドに取り付けられかつ、前記燃焼室内に供給する燃料を噴射する燃料噴射部と、前記燃焼室内に臨んで配設されかつ、前記燃焼室内の混合気に点火をする点火部と、前記エンジンの運転に関係するパラメータを計測する計測部と、前記点火部、前記燃料噴射部、及び前記計測部のそれぞれが接続されていると共に、前記計測部からの計測信号を受けて演算を行うと共に、前記点火部及び前記燃料噴射部に信号を出力する制御部と、を備える圧縮着火式エンジンの筒内温度判定方法であって、前記混合気は、前記点火部の強制点火によって一部の混合気が火炎伝播を伴う燃焼を開始した後、残りの未燃混合気が自己着火により燃焼する。
【００６７】
そして、前記筒内温度判定方法は、前記未燃混合気が目標タイミングにおいて自己着火するよう、前記目標タイミングよりも前に、前記点火部に点火信号を出力する点火制御工程と、前記計測部が計測をした前記燃焼室内の圧力に関係した筒内圧パラメータに基づいて、各燃焼サイクルにおいて未燃混合気が実際に自己着火したか否かを判定するＣＩ有無判定工程と、前記ＣＩ有無判定工程による判定結果に基づいて、未燃混合気が自己着火をする確率を示すＣＩ確率を演算するＣＩ確率演算工程と、前記ＣＩ確率演算工程による演算結果に基づいて、所定のクランク角における筒内温度を判定する筒内温度判定工程と、を有する。
【００６８】
ここに開示する圧縮着火式エンジンの制御装置は、シリンダと、前記シリンダ内において往復動するピストンと、前記シリンダの一端を閉じるシリンダヘッドとによって形成されるエンジンの燃焼室と、前記シリンダヘッドに取り付けられかつ、前記燃焼室内に供給する燃料を噴射する燃料噴射部と、前記燃焼室内に臨んで配設されかつ、前記燃焼室内の混合気に点火をする点火部と、前記エンジンに設けられかつ、前記燃焼室の中の混合気に含まれるＥＧＲガスの量の割合であるＥＧＲ率を変更することにより、前記シリンダにおける筒内温度を調整する筒内温度調整部と、前記燃焼室に臨んで配設されかつ、前記燃焼室内の圧力を計測する筒内圧センサを少なくとも含みかつ、前記エンジンの運転に関係するパラメータを計測する計測部と、前記点火部、前記燃料噴射部、前記筒内温度調整部、及び、前記計測部のそれぞれが接続されていると共に、前記計測部からの計測信号を受けて演算を行うと共に、前記点火部、前記燃料噴射部、及び、前記筒内温度調整部に信号を出力する制御部と、を備え、前記混合気は、前記点火部の強制点火によって一部の混合気が火炎伝播を伴う燃焼を開始した後、残りの未燃混合気が自己着火により燃焼する。
【００６９】
そして、前記制御部は、前記未燃混合気が自己着火する目標タイミングを記憶する目標タイミング記憶部と、前記目標タイミング記憶部に記憶されている目標タイミングに基づいて、前記未燃混合気が目標タイミングにおいて自己着火するよう、前記目標タイミングよりも前に、前記点火部に点火信号を出力する点火制御部と、を有し、前記制御部はまた、前記筒内圧センサの計測信号のうち、特定の周波数帯の信号を通過させるバンドパスフィルタと、しきい値を記憶するしきい値記憶部と、前記バンドパスフィルタを通過した計測信号の値が、前記しきい値を超えたときには実際に自己着火が生じたと判定する一方、当該しきい値を超えなかったときには、自己着火が生じなかったと判定するＣＩ有無判定部と、前記ＣＩ有無判定部による判定結果に基づいて、未燃混合気が自己着火をする確率を示すＣＩ確率を演算するＣＩ確率演算部と、前記ＣＩ確率演算部による演算結果に基づいて、所定のクランク角における前記筒内温度を判定する筒内温度判定部と、を有する。
【００７０】
そして、前記制御部は、前記筒内温度判定部により筒内温度が高いと判定されたときには、当該筒内温度を低下させると共に、前記筒内温度判定部により筒内温度が低いと判定されたときには、当該筒内温度を上昇させるよう、前記筒内温度調整部に信号を出力する。
【発明の効果】
【００７１】
以上説明したように、前記の圧縮着火式エンジンの制御装置及び筒内温度判定方法は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行うエンジンにおいて、筒内温度を精度良く判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【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、燃焼室及び吸気系の構成を例示する平面図である。
【図４】図４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５】図５は、ＳＰＣＣＩ燃焼の波形を例示する図である。
【図６】図６は、エンジンの温間時のマップを例示する図である。
【図７Ａ】図７Ａは、エンジンの制御部の機能構成の一部を例示するブロック図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、エンジンの制御部の機能構成の一部を例示するブロック図である。
【図８】図８は、筒内圧センサの計測値を周波数解析した結果を例示する図である。
【図９】図９は、ＳＩ燃焼後にＣＩ燃焼が適切に生じたときの各パラメータの波形を例示する図である。
【図１０】図１０は、ＳＩ燃焼後にＣＩ燃焼が生じなかったときの各パラメータの波形を例示する図である。
【図１１】図１１は、第１着火時期推定部によるＣＩ燃焼開始時期の推定手順を例示するフローチャートである。
【図１２】図１２は、エンジンの回転数と第１バンドパスフィルタの通過帯域との関係を例示する図である。
【図１３】図１３は、質量燃焼割合の算出手順を例示するフローチャートである。
【図１４】図１４は、オフセット量の算出手順を例示するフローチャートである。
【図１５】図１５は、ＣＩ燃焼開始時期を推定するときの各パラメータの波形を例示する図である。
【図１６】図１６は、第２着火時期推定部によるＣＩ燃焼開始時期の推定手順を例示するフローチャートである。
【図１７】図１７は、エンジンの制御部の機能構成のうち、筒内温度に関連した一部を例示するブロック図である。
【図１８】図１８は、筒内温度の判定手順、及び、当該判定結果に基づいた制御について例示するフローチャートである。
【図１９】図１９は、ＣＩ確率の更新手順を例示するフローチャートである。
【図２０】図２０は、質量燃焼割合（ＳＩ時期）とＣＩ燃焼開始時期（ＣＩ時期）とを筒内温度毎に関連付けたマップを例示する図である。
【図２１】図２１は、筒内温度とＣＩ燃焼開始時期（ＣＩ時期）とを質量燃焼割合（ＳＩ時期）毎に関連付けたマップを例示する図である。
【図２２】図２２は、質量燃焼割合（ＳＩ時期）とＣＩ確率とを筒内温度毎に関連付けたマップを例示する図である。
【図２３】図２３は、筒内温度とＣＩ確率とを質量燃焼割合（ＳＩ時期）毎に関連付けたマップを例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００７３】
以下、圧縮着火式エンジンの制御装置及び筒内温度判定方法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、エンジンの制御装置、及び、エンジンの筒内温度判定方法の一例である。
【００７４】
図１は、圧縮着火式のエンジン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。図３は、燃焼室及び吸気系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及び図３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４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。
【００７５】
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。
【００７６】
（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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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３に示すように、第１吸気ポート１８１及び第２吸気ポート１８２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。
【００８２】
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４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。
【００８３】
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、図３に示すように、第１排気ポート１９１及び第２排気ポート１９２を有している。排気ポート１９は、燃焼室１７に連通している。
【００８４】
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４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。
【００８５】
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とは限らない。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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の遮断及び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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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、図３に示すように、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、第１吸気ポート１８１につながるプライマリ通路４０１と、第２吸気ポート１８２につながるセカンダリ通路４０２との内の、セカンダリ通路４０２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４０２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１８１から燃焼室１７に流入する吸気流量が相対的に多くかつ、第２吸気ポート１８２から燃焼室１７に流入す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１８１及び第２吸気ポート１８２のそれぞれから燃焼室１７に流入する吸気流量が、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。尚、スワール流は、白抜きの矢印で示すように、図３における反時計回り方向に周回する（図２の白抜きの矢印も参照）。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
圧縮着火式エンジンの制御装置は、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制御部であって、図４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）を含むマイクロコンピュータ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、電気信号を入出力するＩ／Ｆ回路１０３と、を備えている。
【０１０６】
ＥＣＵ１０には、図１及び図４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。
【０１０７】
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
吸気圧センサ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
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
ＥＣＵ１０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、及び、スワールコントロール弁５６に出力する。
【０１１０】
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及び吸気圧センサ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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
さらに、ＥＣＵ１０は、所定の制御条件が成立しているとき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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
（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、所定の運転状態のときに、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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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、混合気を目標タイミングで自己着火させることができる。
【０１１７】
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（ｄＱ／ｄθ）の波形は、図５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。
【０１１８】
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で、変曲点Ｘを有する場合がある。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
ＳＰＣＣＩ燃焼の熱発生率の波形は、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。
【０１２３】
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。本願出願人は、ＳＩ率を、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。ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ燃焼の割合が高いと、燃焼騒音の抑制に有利になる。ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＣＩ燃焼の割合が高いと、エンジンの燃費効率の向上に有利になる。
【０１２４】
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５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ＱＳＩと、θｃｉを含む遅角側であるＣＩ燃焼の面積ＱＣＩとから、ＳＩ率＝ＱＳＩ／ＱＣＩとしてもよい。
【０１２５】
エンジン１は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行うときに、燃焼室１７内に強いスワール流を発生させる場合がある。強いスワール流とは、例えば４以上のスワール比を有する流れと定義してもよい。スワール比は、吸気流横方向角速度をバルブリフト毎に測定して積分した値を、エンジン角速度で除した値と定義することができる。吸気流横方向角速度は、図示を省略するが、公知のリグ試験装置を用いた測定に基づいて、求めることができる。
【０１２６】
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。中央部と外周部との境界における速度勾配に起因する渦流によって、中央部は、乱流エネルギが高くなる。点火プラグ２５が中央部の混合気に点火をすると、ＳＩ燃焼は高い乱流エネルギによって、燃焼速度が高くなる。
【０１２７】
ＳＩ燃焼の火炎は、燃焼室１７内の強いスワール流れに乗って、周方向に伝播する。ＣＩ燃焼は、燃焼室１７における外周部から中央部においてＣＩ燃焼が行われる。
【０１２８】
燃焼室１７の中に強いスワール流を発生させると、ＣＩ燃焼の開始までにＳＩ燃焼を十分に行うことができる。燃焼騒音の発生を抑制することができると共に、サイクル間におけるトルクのばらつきを抑制することができる。
【０１２９】
（エンジンの運転領域）
図６は、エンジン１の制御に係るマップ５０１を例示している。マップ５０１は、ＥＣＵ１０のメモリ１０２に記憶されている。マップ５０１は、エンジン１の温間時のマップである。マップ５０１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５０１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、実線により境界を示すように、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、並びに、低負荷領域Ａ１及び中高負荷領域Ａ２、Ａ３、Ａ４よりも回転数の高い高回転領域Ａ５である。
【０１３０】
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ときの、低回転領域、中回転領域、及び、高回転領域としてもよい。図６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。
【０１３１】
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ときの、低負荷領域、中負荷領域、及び、高負荷領域としてもよい。
【０１３２】
マップ５０１は、各領域における混合気の状態及び燃焼形態と、各領域におけるスワールコントロール弁５６の開度と、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、それ以外の高回転領域Ａ５において、ＳＩ燃焼を行う。以下、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。
【０１３３】
（低負荷領域におけるエンジンの運転）
エンジン１が低負荷領域Ａ１において運転しているときに、エンジン１は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う。
【０１３４】
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。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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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、以下の説明においても同じである。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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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ときの終期としてもよい。
【０１４０】
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。ＳＰＣＣＩ燃焼において、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を理論空燃比よりもリーンにして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。
【０１４１】
（中高負荷領域におけるエンジンの運転）
エンジン１が中高負荷領域Ａ２、Ａ３、Ａ４において運転しているときも、エンジン１は、低負荷領域Ａ１と同様に、ＳＰＣＣＩ燃焼を行う。
【０１４２】
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。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。
【０１４３】
また、中負荷領域Ａ２及び高負荷中回転領域Ａ３において、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、高負荷低回転領域Ａ４において、スワールコントロール弁５６は開である。
【０１４４】
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ときには、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）。
【０１４５】
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。
【０１４６】
インジェクタ６は、吸気行程中に、一回、又は、複数回の燃料噴射を行う。
【０１４７】
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。点火プラグ２５は、圧縮上死点前に点火を行ってもよい。点火プラグ２５は、圧縮上死点後に点火を行ってもよい。
【０１４８】
理論空燃比の混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させることによって、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浄化することができる。また、ＥＧＲガスを燃焼室１７に導入して混合気を希釈化することによって、エンジン１の燃費性能が向上する。
【０１４９】
（過給機の動作）
ここで、マップ５０１に示すように、低負荷領域Ａ１の一部、及び、中負荷領域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。
【０１５０】
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）。
【０１５１】
（高回転領域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。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。
【０１５２】
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ときに、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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
（エンジンの制御ロジック）
図７Ａ及び７Ｂは、エンジン１の制御ロジックを実行するＥＣＵ１０の機能構成を例示するブロック図である。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、燃焼室１７の中の燃焼が、運転状態に応じたＳＩ率の燃焼となるよう、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。
【０１５９】
ＥＣＵ１０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。燃焼室１７内の温度（筒内温度Ｔｉｎ）は、燃焼室１７内に導入する排気ガスの温度及び／又は量を調整することによって調節する。
【０１６０】
ＥＣＵ１０は先ず、Ｉ／Ｆ回路１０３を通じて各センサＳＷ１〜ＳＷ１７の信号を読み込む。次いで、ＥＣＵ１０のマイクロコンピュータ１０１における、目標ＳＩ率／目標θｃｉ設定部１０１ａ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ＳＩ率（つまり、目標熱量比率）及び目標ＣＩ燃焼開始時期θｃｉを設定する。目標ＳＩ率は、エンジン１の運転状態に応じて定められている。目標ＳＩ率は、メモリ１０２の目標ＳＩ率記憶部１０２１に、記憶されている。目標ＳＩ率／目標θｃｉ設定部１０１ａは、エンジン１の負荷が低いときには、目標ＳＩ率を低く設定し、エンジン１の負荷が高いときには、目標ＳＩ率を高く設定する。エンジン１の負荷が低いときには、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の負荷が高いときには、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。
【０１６１】
θｃｉは、前述したように、ＳＰＣＣＩ燃焼において、ＣＩ燃焼が開始するクランク角タイミングを意味する（図５参照）。目標θｃｉも、エンジン１の運転状態に応じて定められている。目標θｃｉは、メモリ１０２の目標θｃｉ記憶部１０２２に、記憶されている。目標θｃｉ記憶部１０２２は。目標タイミング記憶部の一例である。θｃｉが遅角側であれば、燃焼騒音が小さくなる。θｃｉが進角側であれば、エンジン１燃費性能が向上する。目標θｃｉは、燃焼騒音を許容レベル以下に抑えることができる範囲において、可能な限り進角側に設定されている。
【０１６２】
目標筒内状態量設定部１０１ｂは、メモリ１０２に記憶しているモデルに基づいて、設定した目標ＳＩ率及び目標θｃｉを実現するための目標筒内状態量を設定する。具体的に目標筒内状態量設定部１０１ｂは、燃焼室１７の中の目標温度及び目標圧力、並びに、目標状態量を設定する。
【０１６３】
筒内状態量制御部１０１ｃは、目標筒内状態量を実現するために必要な、ＥＧＲ弁５４の開度、スロットル弁４３の開度、エアバイパス弁４８の開度、スワールコントロール弁５６の開度、並びに、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４の位相角（つまり、吸気弁２１のバルブタイミング、及び、排気弁２２のバルブタイミング）を設定する。筒内状態量制御部１０１ｃは、これらのデバイスの制御量を、メモリ１０２に記憶しているマップに基づいて設定する。筒内状態量制御部１０１ｃは、設定した制御量に基づいて、ＥＧＲ弁５４、スロットル弁４３、エアバイパス弁４８、スワールコントロール弁（ＳＣＶ）５６、並びに、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４に制御信号を出力する。ＥＣＵ１０の信号に基づいて各デバイスが動作をすることによって、燃焼室１７の中の状態量が目標状態量になる。
【０１６４】
筒内状態量制御部１０１ｃはさらに、設定した各デバイスの制御量に基づいて、燃焼室１７の中の状態量の予測値、及び、状態量の推定値をそれぞれ算出する。状態量予測値は、吸気弁２１が閉弁する前の燃焼室１７の中の状態量を予測した値である。状態量予測値は、後述するように、吸気行程における燃料の噴射量の設定に用いる。状態量推定値は、吸気弁２１が閉弁した後の燃焼室１７の中の状態量を推定した値である。状態量推定値は、後述するように、圧縮行程における燃料の噴射量の設定、及び、点火タイミングの設定に用いる。
【０１６５】
第１噴射量設定部１０１ｄは、状態量予測値に基づいて、吸気行程中における燃料の噴射量を設定する。吸気行程中に分割噴射を行うときには、各噴射の噴射量を設定する。尚、吸気行程中に燃料の噴射を行わないとき、第１噴射量設定部１０１ｄは、燃料の噴射量をゼロにする。第１噴射制御部１０１ｅは、インジェクタ６が所定の噴射タイミングで燃焼室１７の中に燃料を噴射するよう、インジェクタ６に制御信号を出力する。第１噴射制御部１０１ｅはまた、吸気行程中の燃料の噴射結果を出力する。
【０１６６】
第２噴射量設定部１０１ｆは、状態量推定値と、吸気行程中の燃料の噴射結果と、に基づいて、圧縮行程中における燃料の噴射量を設定する。尚、圧縮行程中に燃料の噴射を行わないとき、第２噴射量設定部１０１ｆは、燃料の噴射量をゼロにする。第２噴射制御部１０１ｇは、予め設定されているマップに基づく噴射タイミングで、インジェクタ６が燃焼室１７の中に燃料を噴射するよう、インジェクタ６に制御信号を出力する。第２噴射制御部１０１ｇはまた、圧縮行程中の燃料の噴射結果を出力する。
【０１６７】
点火時期設定部１０１ｈは、状態量推定値と、圧縮行程中の燃料の噴射結果と、に基づいて、点火タイミングを設定する。点火制御部１０１ｉは、設定した点火タイミングで、点火プラグ２５が燃焼室１７の中の混合気に点火をするよう、点火プラグ２５に制御信号を出力する。
【０１６８】
ここで、点火時期設定部１０１ｈはまた、状態量推定値に基づき燃焼室１７の中の温度が目標温度よりも低くなると予想したときには、点火タイミングを進角することが可能になるよう、圧縮行程中の噴射タイミングを、マップに基づく噴射タイミングよりも進角させる。また、点火時期設定部１０１ｈは、状態量推定値に基づき燃焼室１７の中の温度が目標温度よりも高くなると予想したときには、点火タイミングを遅角することが可能になるよう、圧縮行程中の噴射タイミングを、マップに基づく噴射タイミングよりも遅角させる。
【０１６９】
つまり、燃焼室１７の中の温度が低いと、火花点火によってＳＩ燃焼が開始した後、未燃混合気が自己着火するタイミング（ＣＩ燃焼開始時期θｃｉ）が遅れてしまい、ＳＩ率が、目標のＳＩ率からずれてしまう。この場合、未燃燃料の増大や、排出ガス性能の低下を招く。
【０１７０】
そこで、燃焼室１７の中の温度が目標温度よりも低くなると予想したときには、第１噴射制御部１０１ｅ及び／又は第２噴射制御部１０１ｇは、噴射タイミングを進角すると共に、点火時期設定部１０１ｈは、点火タイミングを進角する。ＳＩ燃焼の開始が早まることによってＳＩ燃焼により十分な熱発生が可能になるから、燃焼室１７の中の温度が低いときに、未燃混合気の自己着火のタイミングθｃｉが遅れることを防止することができる。その結果、θｃｉは、目標のθｃｉに近づくと共に、ＳＩ率は、目標のＳＩ率に近づく。
【０１７１】
また、燃焼室１７の中の温度が高いと、火花点火によってＳＩ燃焼が開始して直ぐに、未燃混合気が自己着火してしまい、ＳＩ率が、目標のＳＩ率からずれてしまう。この場合、燃焼騒音が増大してしまう。
【０１７２】
そこで、燃焼室１７の中の温度が目標温度よりも高くなると予想したときには、第１噴射制御部１０１ｅ及び／又は第２噴射制御部１０１ｇは、噴射タイミングを遅角すると共に、点火時期設定部１０１ｈは、点火タイミングを遅角する。ＳＩ燃焼の開始が遅くなるから、燃焼室１７の中の温度が高いときに、未燃混合気の自己着火のタイミングθｃｉが早くなることを防止することができる。その結果、θｃｉは、目標のθｃｉに近づくと共に、ＳＩ率は、目標のＳＩ率に近づく。
【０１７３】
点火プラグ２５が混合気に点火をすることにより、燃焼室１７の中でＳＩ燃焼又はＳＰＣＣＩ燃焼が行われる。図７Ｂに示すように、筒内圧センサＳＷ６は、燃焼室１７の中の圧力の変化を計測する。
【０１７４】
筒内圧センサＳＷ６の計測信号は、Ｉ／Ｆ回路１０３の第１ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１０３１に入力される。第１ローパスフィルタ１０３１は、所定の周波数以下の信号のみを出力する。第１ローパスフィルタ１０３１は、筒内圧センサＳＷ６の計測信号から、高周波の電気的なノイズ（いわゆるホワイトノイズ）を除去する。マイクロコンピュータ１０１のＡ／Ｄ変換器１０１ｊは、第１ローパスフィルタ１０３１を通過した、筒内圧センサＳＷ６の計測信号を、デジタル信号に変更する。Ａ／Ｄ変換器１０１ｊは、筒内圧センサＳＷ６の計測信号を、例えば５０ｋＨｚのサンプリング周波数によってデジタル信号に変換する。
【０１７５】
メモリ１０２のセンサ信号記憶部１０２３は、デジタル信号に変換された筒内圧センサＳＷ６の計測信号を記憶する。
【０１７６】
θｃｉずれ演算部１０１ｋは、デジタル信号に変換された筒内圧センサＳＷ６の計測信号に基づいて推定されたＣＩ燃焼開始時期θｃｉと、目標θｃｉとのずれを計算する。θｃｉずれ演算部１０１ｋは、計算したθｃｉずれを、目標筒内状態量設定部１０１ｂに出力する。目標筒内状態量設定部１０１ｂは、θｃｉずれに基づいて、モデルを修正する。目標筒内状態量設定部１０１ｂは、次回以降のサイクルにおいて、修正したモデルを用いて目標筒内状態量を設定する。θｃｉの推定の詳細は、後述する。
【０１７７】
このエンジン１の制御ロジックは、スロットル弁４３、ＥＧＲ弁５４、エアバイパス弁４８、スワールコントロール弁５６、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３、及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４を含む状態量設定デバイスによって、ＳＩ率及びθｃｉを調節するよう構成されている。燃焼室１７の中の状態量を調節することによって、ＳＩ率の大まかな調節が可能である。エンジン１の制御ロジックはまた、燃料の噴射タイミング及び点火タイミングを調節することによって、ＳＩ率及びθｃｉを調節するよう構成されている。噴射タイミング及び点火タイミングの調節によって、例えば気筒間差の補正を行ったり、自己着火タイミングの微調節を行ったりすることができる。ＳＩ率の調節を二段階に行うことによって、エンジン１は、運転状態に対応する狙いのＳＰＣＣＩ燃焼を正確に実現することができる。
【０１７８】
（ＣＩ燃焼開始時期θｃｉの推定）
前述したエンジン１の制御ロジックに従って、ＥＣＵ１０は、エンジン１の運転を制御する。ＥＣＵ１０は、エンジン１の運転中に、筒内圧センサＳＷ６が計測をした燃焼室１７内の圧力変動の計測値に基づいて演算を行うことにより、ＣＩ燃焼開始時期θｃｉを推定する。ＥＣＵ１０は、推定したθｃｉに基づいて点火タイミング等の補正を行う。こうすることで、実際のθｃｉが、目標のθｃｉに近づくから、エンジン１の燃焼騒音が抑制されると共に、エンジン１の燃費効率を向上させることができる。
【０１７９】
ＥＣＵ１０は、θｃｉの推定精度を高めるために、θｃｉの推定を、第１の推定手法と、第２の推定手法との二種類の手法を用いて行う。そして、第１の推定手法によって推定したθｃｉ１と、第２の推定手法によって推定したθｃｉ２とから、適切なθｃｉを選択する。
【０１８０】
以下、筒内圧センサＳＷ６の信号処理の説明をすると共に、θｃｉを推定する第１の推定手法、及び、第２の推定手法について、順に説明をする。これらの推定方法のいずれかによってθｃｉが推定できたときには、ＥＣＵ１０は、ＳＩ燃焼後にＣＩ燃焼が適切に生じたこと、即ちＳＰＣＣＩ燃焼が生じたものとみなす。対して、これらの推定方法によってθｃｉが推定できなかったときには、ＳＩ燃焼後にＣＩ燃焼が適切に生じなかったこと（ＳＩ燃焼のみが行われたこと）、即ちＳＰＣＣＩ燃焼が成立しなかったものとみなす。この判断は、後述のＣＩ確率Ｐｃｉを演算する際に用いられる。
【０１８１】
（筒内圧センサの信号処理）
図７Ｂを参照しながら、ＥＣＵ１０における筒内圧センサＳＷ６の信号処理を説明する。ＥＣＵ１０のＩ／Ｆ回路１０３には、前述したように、第１ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１０３１が設けられている。また、ＥＣＵ１０のマイクロコンピュータ１０１は、Ａ／Ｄ変換器１０１ｊ、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１０１ｌ、及び、第２ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１０１ｎが設けられていると共に、第１着火時期推定部１０１ｏ、第２着火時期推定部１０１ｐ、選択部１０１ｑ、角度同期処理部１０１ｒ、圧力変換部１０１ｓ、及び、燃焼パラメータ算出部１０１ｔの各機能ブロックを有している。ここで、第１着火時期推定部１０１ｏは「着火時期推定部」の例示であり、第２着火時期推定部１０１ｐは「第２の着火時期推定部」の例示である。
【０１８２】
前述したように、センサ信号記憶部１０２３は、デジタル信号に変換された筒内圧センサＳＷ６の信号を記憶している。センサ信号記憶部１０２３に記憶されている筒内圧センサＳＷ６の信号は、バンドパスフィルタ１０１１を介して第１着火時期推定部１０１ｏへ入力される。また、筒内圧センサＳＷ６の信号は、第２バンドパスフィルタ１０１ｍを介して第２着火時期推定部１０１ｐへ入力される。
【０１８３】
詳細は後述するが、第１着火時期推定部１０１ｏが、第１の推定手法により推定したＣＩ燃焼開始時期θｃｉ１、及び、第２着火時期推定部１０１ｐが、第２の推定手法により推定したＣＩ燃焼開始時期θｃｉ２はそれぞれ、選択部１０１ｑに送られる。選択部１０１ｑは、θｃｉ１及び／又はθｃｉ２に基づいてＣＩ燃焼開始時期θｃｉを設定する。メモリ１０２は、θｃｉを記憶する。
【０１８４】
また、センサ信号記憶部１０２３に記憶されている筒内圧センサＳＷ６の信号は、第２ローパスフィルタ１０１ｎを介して角度同期処理部１０１ｒへ入力される。その後、圧力変換部１０１ｓを介して燃焼パラメータ算出部１０１ｔに送られる。燃焼パラメータ算出部１０１ｔは、入力された情報に基づいて燃焼状態を表すパラメータを算出する。この構成例において、燃焼パラメータ算出部１０１ｔは、熱発生率ｄＱ／ｄθ、及び、質量燃焼割合が１０％となるクランク角θｍｆｂ１０を、少なくとも算出する。
【０１８５】
（θｃｉを推定する第１の手法）
本願発明者らは、θｃｉの推定について鋭意研究した結果、次のような知見を得た。図８は、筒内圧センサＳＷ６が計測した筒内圧を周波数解析した結果を示した図である。図８は、エンジン１の所定の回転数及びエンジン１の所定の負荷において、ＳＩ燃焼のみが行われたときの結果（破線）と、ＣＩ燃焼のみが行われたときの結果（実線）とを比較して示している。本願発明者らは、第１周波数ｆ１以上かつ第２周波数ｆ２以下の第１特定周波数帯域Ｓ１では、ＳＩ燃焼時とＣＩ燃焼時とで筒内圧のスペクトルが明らかに相違することを突き止めた。
【０１８６】
そして本願発明者らは、筒内圧の時間波形に含まれる第１特定周波数帯域Ｓ１の成分の値、つまり、第１特定周波数帯域Ｓ１における筒内圧の値が最小となる時期と、ＣＩ時期θｃｉとがほぼ一致することを突き止めた。
【０１８７】
図９は、これを例示した図であり、エンジン１の所定の回転数及びエンジン１の所定の負荷において、ＳＩ燃焼の後にＣＩ燃焼が適切に生じたときの各パラメータの波形（時間変化）を示している。図９には、上から順に、筒内圧の波形９１、筒内圧の波形に含まれる第１特定周波数帯域Ｓ１の波形９２（筒内圧の波形から第１特定周波数帯域Ｓ１の波形だけを抜き出したもの）、熱発生量の波形９３、熱発生率の波形９４を示している。
【０１８８】
ＳＩ燃焼の後にＣＩ燃焼が生じた場合は、前記のように熱発生率の波形に変曲点Ｘが生じる。詳細には、ＳＩ燃焼の後にＣＩ燃焼が生じた場合は、燃焼の途中で（熱発生率が０付近から立ち上がった後に）、ＣＩ燃焼の開始に伴って熱発生率が急上昇しており、この熱発生率が急上昇するタイミング（変曲点Ｘのタイミング）がθｃｉとなる。そして、筒内圧の第１特定周波数帯域Ｓ１の成分の値（以下、第１特定周波数出力値という）は、θｃｉ近傍で最小となっている。
【０１８９】
また、本願発明者らは、ＳＩ燃焼後においてＣＩ燃焼が適切に生じたときとＣＩ燃焼が適切に生じなかったときとで、第１特定周波数出力値の最小値が異なることを突き止めた。詳細に、本願発明者らは、ＳＩ燃焼後にＣＩ燃焼が適切に生じたときの方が、ＳＩ燃焼後にＣＩ燃焼が適切に生じなかったときよりも、第１特定周波数出力値の最小値が小さくなることを突き止めた。
【０１９０】
図１０は、図９と同じエンジン１の回転数及びエンジン１の負荷において、ＳＩ燃焼の後にＣＩ燃焼が生じなかった場合、つまり、燃焼室１７内においてＳＩ燃焼のみが行われた場合の、筒内圧の波形９６、第１特定周波数出力値の波形９７、熱発生量の波形９８、熱発生率の波形９９を示している。これら図９と図１０との比較から明らかなように、ＳＩ燃焼後にＣＩ燃焼が適切に生じたときの方が、ＳＩ燃焼後にＣＩ燃焼が適切に生じなかったときよりも、第１特定周波数出力値の最小値Ｃｍｉｎ＿ｃｉは小さくなる。つまり、ＳＩ燃焼後にＣＩ燃焼が適切に生じたときは第１特定周波数出力値の最小値Ｃｍｉｎ＿ｃｉは、所定の第１しきい値Ｃｊ１よりも小さくなり、ＳＩ燃焼後にＣＩ燃焼が適切に生じなかったときは第１特定周波数出力値の最小値Ｃｍｉｎ＿ｃｉは第１しきい値Ｃｊ１よりも大きくなる。
【０１９１】
第１着火時期推定部１０１ｏは、第１の手法によってθｃｉを推定する。第１の手法は、具体的には、筒内圧センサＳＷ６の計測値を、第１特定周波数帯域Ｓ１が通過帯域に設定された第１バンドパスフィルタ１０１ｌ（図７Ｂ参照）を通過させると共に、第１バンドパスフィルタ１０１ｌの出力値である第１特定周波数出力値の最小値Ｃｍｉｎ＿ｃｉが、第１しきい値Ｃｊ１よりも小さいときに、当該Ｃｍｉｎ＿ｃｉとなるクランク角θｍｉｎをＣＩ燃焼開始時期θｃｉと推定する。
【０１９２】
図１１は、ＥＣＵ１０が、第１の手法によりθｃｉを推定する手順を例示するフローチャートである。ステップＳ１にて、ＥＣＵ１０は、センサ信号記憶部１０２３に記憶されている筒内圧センサＳＷ６の信号（つまり、デジタル信号に変換された後の筒内圧センサＳＷ６の電圧信号）を読み出す。
【０１９３】
次に、ステップＳ２にて、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１において読み出した筒内圧センサＳＷ６の信号を第１バンドパスフィルタ１０１ｌに通す。第１バンドパスフィルタ１０１ｌは、第１特定周波数帯域Ｓ１の信号のみを通過させるフィルタである。ステップＳ２において、筒内圧センサＳＷ６の計測信号から第１特定周波数出力値が抽出される。第１バンドパスフィルタ１０１ｌが出力した第１特定周波数出力値は、第１着火時期推定部１０１ｏに送られる。
【０１９４】
ＥＣＵ１０はまた、第１特定周波数帯域Ｓ１を、エンジン１の回転数に応じて変更する。具体的には、図１２に示すように、第１特定周波数帯域Ｓ１はエンジン１の回転数が高いほど高周波数側となるように設定されている。図１２に示す例では、エンジン１の回転数が１０００ｒｐｍにおいて第１周波数ｆ１は０．５ｋＨｚに、第２周波数ｆ２は１．５ｋＨｚに設定され、エンジン１の回転数が２０００ｒｐｍにおいて第１周波数ｆ１は１ｋＨｚに、第２周波数ｆ２は２ｋＨｚに設定され、エンジン１の回転数が３０００ｒｐｍにおいて第１周波数ｆ１は１．２５ｋＨｚに、第２周波数ｆ２は２．２５ｋＨｚに設定され、エンジン１の回転数が４０００ｒｐｍにおいて第１周波数ｆ１は１．５ｋＨｚに、第２周波数ｆ２は２．５ｋＨｚに設定され、エンジン１の回転数が５０００ｒｐｍにおいて第１周波数ｆ１は１．７５ｋＨｚに、第２周波数ｆ２は２．７５ｋＨｚに設定されている。第１特定周波数帯域Ｓ１は、０．５ＫＨｚ以上４ｋＨｚ以下の領域に含まれるように設定してもよい。ＥＣＵ１０は、現在のエンジン１の回転数に対応した第１特定周波数帯域Ｓ１を、図１２のマップから抽出して、第１バンドパスフィルタ１０１ｌに適用する。
【０１９５】
次に、ステップＳ３において、ＥＣＵ１０（第１着火時期推定部１０１ｏ）は、抽出した第１特定周波数出力値の極小値を求める。第１特定周波数出力値の極小値には、最小値（以下、最小特定周波数出力値という）Ｃｍｉｎ＿ｃｉも含まれる。具体的に、筒内圧センサＳＷ６の出力値がバンドパスフィルタ１２３を通過すると、図９の上から２つ目に示すような波形９２が得られる。この波形９２は、筒内圧の波形に含まれる第１特定周波数帯域内の各周波数の波形が合成された波形である。そして、図９に白丸を付すように、この波形のうち値（圧力および電圧）が極小になる値が極小値である。ＥＣＵ１０は、ステップＳ３において、複数の極小値を抽出する。ＥＣＵ１０は、例えば、最大三つの極小値を抽出してもよい。
【０１９６】
次に、ステップＳ４において、ＥＣＵ１０（第１着火時期推定部１０１ｏ）は、ステップＳ３において抽出した極小値それぞれのクランク角度を、ＣＩ着火時期候補θｍｉｎとして求める。
【０１９７】
具体的には、センサ信号記憶部１０２３には、５０ｋＨｚでサンプリングされた筒内圧センサＳＷ６の信号と関連づけてクランク角センサＳＷ１１の信号が記憶されており、ＥＣＵ１０（第１着火時期推定部１０１ｏ）は、これらの信号に基づいて第１特定周波数出力値が極小となるときのクランク角度を求める。
【０１９８】
次に、ステップＳ５において、ＥＣＵ１０（第１着火時期推定部１０１ｏ）は、ＣＩ燃焼開始時期の推定を行う。具体的に、ＥＣＵ１０は、ステップＳ３で算出された第１特定周波数出力値の極小値のなかから、最小の第１特定周波数出力値Ｃｍｉｎ＿ｃｉを定める。そして、ＥＣＵ１０は、その最小特定周波数出力値Ｃｍｉｎ＿ｃｉが、第１しきい値Ｃｊ１未満であるか否かを判定する。第１しきい値Ｃｊ１は、メモリ１０２のしきい値記憶部１０２４に記憶されている（図７Ｂ参照）。最小特定周波数出力値Ｃｍｉｎ＿ｃｉが、第１しきい値Ｃｊ１未満であれば、ＥＣＵ１０は、当該最小特定周波数出力値Ｃｍｉｎ＿ｃｉとなるときのクランク角度θｍｉｎを、ＣＩ燃焼開始時期θｃｉに定める。一方、最小特定周波数出力値Ｃｍｉｎ＿ｃｉが、第１しきい値Ｃｊ１以上であれば、ＥＣＵ１０は、θｃｉを推定することができなかったとする。
【０１９９】
続くステップＳ６において、ＥＣＵ１０は、ステップＳ５においてθｃｉの推定ができたか否かを判定し、ステップＳ６の判定がＹＥＳであると、プロセスはステップＳ７に進み、ＥＣＵ１０（第１着火時期推定部１０１ｏ）は、ステップＳ５において定めたθｃｉをθｃｉ１として、選択部１０１ｑに出力する。
【０２００】
一方、ステップＳ６の判定がＮＯであると、プロセスはステップＳ７に進まずに終了する。第１着火時期推定部１０１ｏは、θｃｉ１を出力しない。
【０２０１】
（質量燃焼割合の算出）
次に、ＥＣＵ１０の燃焼パラメータ算出部１０１ｔが行う、質量燃焼割合の算出手順について、図１３のフローチャートを参照しながら説明する。先ず、ステップＳ３１にて、ＥＣＵ１０は、センサ信号記憶部１０２３に記憶されている筒内圧センサＳＷ６の信号を読み出す。
【０２０２】
次に、ステップＳ３２にて、ＥＣＵ１０は、ステップＳ３１で読み込んだ筒内圧センサＳＷ６の信号を、第２ローパスフィルタ１０１ｎに通す。第２ローパスフィルタ１０１ｎは、所定の周波数の信号を除去可能なフィルタである。第２ローパスフィルタ１０１ｎは、ノッキングが生じたときの筒内圧の波形の周波数であって予め設定された比較的高い周波数の信号を除去できるように構成されている。第２ローパスフィルタ１０１ｎは、筒内圧センサＳＷ６の信号からノッキングの信号を除去する。第２ローパスフィルタ１０１ｎが出力した筒内圧センサＳＷ６の信号は、角度同期処理部１０１ｒに送られる。
【０２０３】
次に、ステップＳ３３にて、ＥＣＵ１０（角度同期処理部１０１ｒ）は、第２ローパスフィルタ１０１ｎから出力された筒内圧センサＳＷ６の計測信号であって５０ｋＨｚでサンプリングされた信号を、この信号と関連づけて記憶されているクランク角センサＳＷ１１の信号を用いて、所定クランク角度毎の信号に変換する。この構成例において、ＥＣＵ１０（角度同期処理部１０１ｒ）は、ステップＳ３３にて、筒内圧センサＳＷ６の信号を３°ＣＡ毎の信号に変換する。この筒内圧センサＳＷ６の信号は、圧力変換部１０１ｓに送られる。
【０２０４】
次に、ステップＳ３４にて、ＥＣＵ１０（圧力変換部１０１ｓ）は、角度同期処理部１０１ｒから入力された筒内圧センサＳＷ６の信号を、筒内圧の絶対圧に変換する。つまり、角度同期処理部１０１ｒから出力された信号はまだ電圧値であり、圧力変換部１０１ｓにおいてこの信号がはじめて筒内圧の絶対圧に変換される。
【０２０５】
この構成例では、筒内圧の絶対圧Ｐｃｐｓが、筒内圧センサＳＷ６の電圧をＶｃｐｓとしてＰｃｐｓ＝Ｋ×Ｖｃｐｓ＋ＯＦＦＳＥＴで算出できるようになっている。ＥＣＵ１０（圧力変換部１０１ｓ）は、この式を用いて筒内圧センサＳＷ６の出力値（電圧値）を絶対圧に変換する。
【０２０６】
係数Ｋは、筒内圧センサＳＷ６毎に予め決められている値であり、ＥＣＵ１０のメモリ１０２に記憶されている。一方、係数ＯＦＦＳＥＴ（以下、適宜、この係数をオフセット量という）は予め設定されておらず、この構成例では、ＥＣＵ１０（圧力変換部１０１ｓ）が、吸気圧センサＳＷ５の値を用いて算出する。オフセット量ＯＦＦＳＥＴの算出手順については後述する。
【０２０７】
筒内圧の絶対圧に変換された筒内圧センサＳＷ６の出力値は、燃焼パラメータ算出部１０１ｔに入力される。
【０２０８】
次に、ステップＳ３５にて、ＥＣＵ１０（燃焼パラメータ算出部１０１ｔ）は、所定クランク角毎の熱発生率ｄＱを、筒内圧センサＳＷ６の出力値（絶対圧）Ｐを用いて算出すると共に、算出したｄＱを積算することにより、各クランク角における熱発生量Ｑ（θ）を算出する。
【０２０９】
次に、ステップＳ３６において、ＥＣＵ１０（燃焼パラメータ算出部１０１ｔ）は、ステップＳ３５において算出した熱発生量Ｑ（θ）において、最小値Ｑｍｉｎと、それに対応するクランク角度Ｑｍｆ０とを算出する。そして、続くステップＳ３７において、ＥＣＵ１０（燃焼パラメータ算出部１０１ｔ）は、ステップＳ３６において算出した最小値Ｑｍｉｎがゼロ［Ｊ］となるように、熱発生量Ｑ（θ）を補正する。こうすることで、後述の、質量燃焼割合を算出する際に誤差が生じることを抑制する。
【０２１０】
ステップＳ３８において、ＥＣＵ１０（燃焼パラメータ算出部１０１ｔ）は、熱発生量Ｑ（θ）の最大熱発生量Ｑｍａｘを算出し、続くステップＳ３９において、最大熱発生量Ｑｍａｘの１０％となる熱発生量Ｑ１０を算出する。
【０２１１】
そして、ステップＳ３１０において、ＥＣＵ１０（燃焼パラメータ算出部１０１ｔ）は、最大熱発生量Ｑｍａｘの１０％熱発生量Ｑ１０となるクランク角をθｍｆｂ１０に決定する。
【０２１２】
このように、燃焼パラメータ算出部１０１ｔは、少なくとも、ｄＱ／ｄθ、及び、θｍｆｂ１０を算出する。
【０２１３】
（オフセット量の算出）
次に、筒内圧センサＳＷ６から出力された電圧を絶対圧に変換するために必要な、オフセット量ＯＦＦＳＥＴの算出手順について図１４のフローを参照しながら説明する。
【０２１４】
先ず、ステップＳ４１で、圧力変換部１０１ｓ（図７Ｂ参照）は吸気弁２１が閉弁した時期である吸気閉弁時期ＩＶＣを読み込む。詳細には、変換処理の対象となる筒内圧センサＳＷ６が設けられたシリンダ１１の吸気閉弁時期ＩＶＣ、かつ、変換処理の対象となる燃焼サイクルにおける吸気閉弁時期ＩＶＣを読み込む。
【０２１５】
次に、ステップＳ４２にて、圧力変換部１０１ｓは、吸気閉弁時期ＩＶＣよりも所定のクランク角度前の時期から吸気閉弁時期ＩＶＣまでの期間（所定の期間、以下、適宜、平均処理期間という）に吸気圧センサＳＷ５で検出された複数の吸気圧を読み込むとともに、この平均処理期間に筒内圧センサＳＷ６から出力された複数の電圧値をメモリ１０２から読み込む。平均処理期間は例えば１２°ＣＡ（クランク角度）に設定されている。
【０２１６】
次に、ステップＳ４３にて、圧力変換部１０１ｓは、ステップＳ４２で読み込んだ複数の吸気圧の平均値Ｐｉｍ＿ａｖｅつまり平均処理期間における吸気圧の平均値Ｐｉｍ＿ａｖｅを算出する。
【０２１７】
また、ステップＳ４４にて、圧力変換部１０１ｓは、ステップＳ４２で読み込んだ複数の筒内圧センサＳＷ６の出力値（電圧値）の平均値Ｖｃｐｓ＿ａｖｅ、つまり平均処理期間における筒内圧センサＳＷ６の出力値（電圧値）の平均値Ｖｃｐｓ＿ａｖｅを算出する。
【０２１８】
次に、ステップＳ４５にて、圧力変換部１０１ｓは、ステップＳ４４にて算出した筒内圧センサＳＷ６の出力値（電圧値）の平均値Ｖｃｐｓ＿ａｖｅに、係数Ｋをかけた値をオフセット補正前筒内圧として算出する。つまり、ステップＳ４５では、オフセット補正前筒内圧をＰｃｐｓ＿ｏｆとして、これを、Ｐｃｐｓ＿ｏｆ＝Ｋ×Ｖｃｐｓ＿ａｖｅにより算出する。
【０２１９】
次に、ステップＳ４６にて、圧力変換部１０１ｓは、ステップＳ４３で算出した吸気圧の平均値Ｐｉｍ＿ａｖｅからステップＳ４５で算出したオフセット補正前筒内圧Ｐｃｐｓ＿ｏｆを引いた値をオフセット量として算出する。つまり、オフセット量をＯＦＦＳＥＴとして、これを、ＯＦＦＳＥＴ＝Ｐｉｍ＿ａｖｅ−Ｐｃｐｓ０により算出する。
【０２２０】
（θｃｉを推定する第２の手法）
本願発明者らは、ＳＰＣＣＩ燃焼のＣＩ燃焼時に生じる圧力波の周波数が、ＳＩ燃焼のノッキング発生時に生じる圧力波（定在波）の周波数に近いことを見出した。当該圧力波が発生したことを検出すれば、ＳＰＣＣＩ燃焼のＣＩ燃焼が開始したタイミングを推定することができる。θｃｉを推定する第２の手法は、ＣＩ燃焼時に生じる圧力波の発生を検出することにより、ＣＩ燃焼開始時期θｃｉを推定する。
【０２２１】
ＳＰＣＣＩ燃焼のＣＩ燃焼時に生じる圧力波の周波数は、図８に一点鎖線で示すように、第１特定周波数帯域Ｓ１よりも周波数が高い、第２特定周波数帯域Ｓ２に相当する。第２特定周波数帯域Ｓ２は、第３周波数ｆ３以上かつ第４周波数ｆ４以下の周波数帯である。第３周波数及び前記第４周波数は、５．５ｋＨｚ以上かつ８．０ｋＨｚ以下の範囲に設定される。
【０２２２】
第２着火時期推定部１０１ｐは、第２の手法によってθｃｉを推定する。第２の手法は、具体的には、筒内圧センサＳＷ６の計測値を、第２特定周波数帯域Ｓ２が通過帯域に設定された第２バンドパスフィルタ１０１ｍを通過させると共に、第２バンドパスフィルタ１０１ｍの出力値である第２特定周波数出力値が、第２しきい値Ｃｊ２を最初に超えるクランク角を、ＣＩ燃焼開始時期θｃｉと推定する。
【０２２３】
ここで、図１５は、エンジン１の回転数が比較的高いときの、筒内圧の波形１９０１と、筒内圧センサＳＷ６の信号を第２バンドパスフィルタ１０１ｍに通した第２特定周波数出力値の絶対値の波形１９０２とを例示している。同図における破線は、第２しきい値Ｃｊ２を示している。第２特定周波数出力値の絶対値は、ＣＩ燃焼が開始するタイミングθｃｉにおいて、第２しきい値Ｃｊ２を超えている。詳細は省略するが、第２しきい値Ｃｊ２の大きさは、θｃｉの誤推定を抑制するべく、エンジン１の運転状態に応じて変更されるようになっている。
【０２２４】
図１６は、ＥＣＵ１０が、第２の手法によりθｃｉを推定する手順を例示するフローチャートである。ステップＳ２１にて、ＥＣＵ１０は、センサ信号記憶部１０２３に記憶されている筒内圧センサＳＷ６の信号を読み出す。
【０２２５】
次に、ステップＳ２２にて、ＥＣＵ１０は、ステップＳ２１において読み出した筒内圧センサＳＷ６の信号を第２バンドパスフィルタ１０１ｍに通す。第２バンドパスフィルタ１０１ｍは、第２特定周波数帯域Ｓ２の信号のみを通過させる。これにより、ステップＳ２２では、筒内圧センサＳＷ６の計測信号から第２特定周波数出力値が抽出される。第２バンドパスフィルタ１０１ｍが出力した第２特定周波数出力値は、第２着火時期推定部１０１ｐに送られる。
【０２２６】
次に、ステップＳ２３において、ＥＣＵ１０は、第２しきい値Ｃｊ２を、エンジン１の回転数など、エンジン１の運転状態に応じて変更する。
【０２２７】
次に、ステップＳ２４において、ＥＣＵ１０（第２着火時期推定部１０１ｐ）は、抽出した第２特定周波数出力値が、設定した第２しきい値Ｃｊ２以上であるか否かを判定する。ステップＳ２４の判定がＹＥＳであると、プロセスはステップＳ２５に進み、ＥＣＵ１０（第２着火時期推定部１０１ｐ）は、第２特定周波数出力値が最初に第２しきい値Ｃｊ２以上となる時期を、ＣＩ燃焼開始時期θｃｉ２に決定し、θｃｉ２を選択部１０１ｑに出力する。
【０２２８】
一方、ステップＳ２４の判定がＮＯであると、プロセスはステップＳ２５に進まずに終了する。第２着火時期推定部１０１ｐは、θｃｉ２を推定できなかったとする。
【０２２９】
尚、第２の推定手法は、ＳＰＣＣＩ燃焼においてＣＩ燃焼開始時期θｃｉを推定することだけでなく、ＳＩ燃焼におけるノッキングの発生を検知することにも利用することができる。
【０２３０】
（選択部の構成）
前述の通り、第１着火時期推定部１０１ｏが推定したθｃｉ１、及び、第２着火時期推定部１０１ｐが推定したθｃｉ２はそれぞれ、選択部１０１ｑに入力される。選択部１０１ｑは、以下の条件に従って、θｃｉを選択する。
１）θｃｉ１及びθｃｉ２のいずれか一方のみが推定されたときには、当該ＣＩ燃焼開始時期をθｃｉに選択する。
２）θｃｉ１及びθｃｉ２の両方が推定されたときには、進角側のＣＩ燃焼開始時期をθｃｉに選択する。
【０２３１】
選択部１０１ｑが選択をしたθｃｉは、メモリ１０２に記憶される。前述の通り、θｃｉは、燃焼騒音の抑制に利用され、θｃｉが目標θｃｉよりも進角側であると、点火タイミングが遅角するように、目標筒内状態量設定部１０１ｂはモデルを修正する。θｃｉ１及びθｃｉ２の両方が推定されたときに、進角側のタイミングを選択することにより、θｃｉは目標θｃｉよりも進角側にずれやすくなるから、燃焼騒音の発生を、より効果的に抑制することが可能になる。
【０２３２】
＜筒内温度をベースとした制御態様＞
例えば、図７Ａの筒内状態量制御部１０１ｃに示すように、ＥＣＵ１０は、筒内状態量に基づいて、各アクチュエータを制御する。そのときに用いる筒内状態量としては、種々のパラメータが考えられるものの、本願発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、筒内状態量として、各燃焼サイクルにおいて実際に到達したであろう筒内温度Ｔｉｎ（実Ｔｉｎ）を用いることを見出した。
【０２３３】
実Ｔｉｎをベースとした制御を行うことで、オクタン価に対応した制御態様の実現、応答性の確保、プリイグの回避等、ＳＰＣＣＩ燃焼をコントロールする上で、種々の局面において有利になる。
【０２３４】
本願発明者らは、実Ｔｉｎの推定精度を高めるために、ベイズ推定の手法を導入し、本開示を着想するに至った。つまり、ＥＣＵ１０は、各燃焼サイクルにおいて検出されたパラメータに基づいて、その燃焼サイクルにおいて実現されたであろう実Ｔｉｎを、事後に推定する。そして、事後に推定された実Ｔｉｎと、目標筒内状態量として事前に設定される目標Ｔｉｎとのずれに基づいて、インジェクタ６、ＥＧＲ弁５４、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３、排気電動Ｓ−ＶＴ２４等の制御量を補正する。
【０２３５】
また、ＥＣＵ１０は、実Ｔｉｎをより確実に推定するために、実Ｔｉｎの推定を、実θｃｉに基づいた第１の推定手法と、ＣＩ確率Ｐｃｉに基づいた第２の推定手法との二種類の手法を使い分けて行う。そして、第１の推定手法と、第２の推定手法とのいずれか一方から、適切な実Ｔｉｎを推定する。
【０２３６】
図１７は、ＥＣＵ１０の機能構成のうち、実Ｔｉｎに関連した一部を例示するブロック図である。図１７に示すように、ＥＣＵ１０は、第１の推定手法に関連した機能構成として、質量燃焼割合が所定値（この構成例では１０％）となるクランク角θｍｆｂ１０を演算するＳＩ時期演算部１０１ｚと、各燃焼サイクルにおいて未燃混合気が実際に自己着火したタイミング（実θｃｉ）を推定する前述の第１着火時期推定部１０１ｏ、第２着火時期推定部１０１ｐ、及び、選択部１０１ｑと、θｍｆｂ１０及び実θｃｉに基づいて、所定のクランク角（この構成例では圧縮上死点）における実Ｔｉｎの高低を判定する筒内温度判定部１０１αと、を備えている。
【０２３７】
また、ＥＣＵ１０は、第２の推定手法に特有の機能構成として、ＣＩ有無判定部としての選択部１０１ｑによる判定に基づいて、ＣＩ確率Ｐｃｉを演算するＣＩ確率演算部１０１ｙを備えている。
【０２３８】
この第２の推定手法において、選択部１０１ｑは、θｃｉが推定できたか否かに基づいて、各燃焼サイクルにおいて未燃混合気が実際に自己着火したか否かを判定する。また、筒内温度判定部１０１αは、θｍｆｂ１０及びＰｃｉに基づいて、所定のクランク角における実Ｔｉｎの高低を判定する。つまり、θｍｆｂ１０を演算するためのＳＩ時期演算部１０１ｚと、実θｃｉを推定する前述の第１着火時期推定部１０１ｏ、第２着火時期推定部１０１ｐ、及び、選択部１０１ｑについては、第１の推定手法と、第２の推定手法とで共有化されている。
【０２３９】
また、これら以外に共有されている機能構成として、ＥＣＵ１０は、目標ＳＩ率／目標θｃｉ設定部１０１ａと、目標筒内状態量設定部１０１ｂと、実Ｔｉｎの高低を判定するためのマップが記憶されたマップ記憶部１０２５と、を備えている。
【０２４０】
以下、各機能構成の具体例について順番に説明をする。
【０２４１】
（目標ＳＩ率／目標θｃｉ設定部）
前述のように、目標ＳＩ率／目標θｃｉ設定部１０１ａは、エンジン１の運転状態に対応して定めた制御量として、ＳＩ率の目標値（目標ＳＩ率）と、ＣＩ時期の目標値（目標θｃｉ）とを演算する。ＥＣＵ１０は、図７Ａに示した筒内状態量制御部１０１ｃ等を通じて、ＳＩ率が目標ＳＩ率となるように、かつ、θｃｉが目標θｃｉとなるように、少なくとも点火プラグ２５に制御信号を出力する。なお、以下に説明するように、各アクチュエータに出力される制御信号は、目標筒内温度（目標Ｔｉｎ）に基づいて生成される。ＥＣＵ１０は、そうして生成される制御信号を通じて、ＳＰＣＣＩ燃焼における燃焼波形をコントロールすることができる。
【０２４２】
（目標筒内状態量設定部、及び、目標筒内状態量設定部に関連した機能構成）
目標筒内状態量設定部１０１ｂは、目標ＳＩ率と目標θｃｉとに基づいて、目標筒内温度（目標Ｔｉｎ）を決定する。ここで、目標筒内状態量設定部１０１ｂにより決定される目標Ｔｉｎは、目標ＳＩ率及び目標θｃｉに対応した筒内温度である。詳しくは、目標Ｔｉｎは、ＳＩ率とθｃｉとが、双方とも目標値を実現したときの筒内温度である。
【０２４３】
図７Ａでは図示を省略したが、ＥＣＵ１０は、この目標Ｔｉｎに基づいて、内部ＥＧＲ、外部ＥＧＲ、点火時期を制御する。
【０２４４】
具体的に、ＥＣＵ１０は、目標Ｔｉｎに基づいて、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４の制御量（吸気バルブのバルブタイミング、排気バルブのバルブタイミング、ポジティブ／ネガティブオーバーラップ期間等）を設定する内部ＥＧＲ設定部１０１ｕと、内部ＥＧＲ設定部１０１ｕによる設定を実現するように、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４に制御信号を出力する内部ＥＧＲ制御部１０１ｖを有している。
【０２４５】
内部ＥＧＲ制御部１０１ｖは、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３及び排気電動Ｓ−ＶＴ２４を制御することにより、燃焼室１７に導入される既燃ガスの量を調整することができ、そのことで、筒内温度を調整することが可能となる。
【０２４６】
ＥＣＵ１０はまた、目標Ｔｉｎに基づいて、ＥＧＲ弁５４の制御量（ＥＧＲ弁５４のバルブ開度）を設定する外部ＥＧＲ設定部１０１ｗと、外部ＥＧＲ設定部１０１ｗによる設定を実現するように、ＥＧＲ弁５４に制御信号を出力する外部ＥＧＲ制御部１０１ｘを有している。
【０２４７】
外部ＥＧＲ制御部１０１ｘは、ＥＧＲ弁５４を制御することにより、燃焼室１７に循環される既燃ガスの量を調整することができ、そのことで、筒内温度を調整することができる。
【０２４８】
このように、内部ＥＧＲ制御部１０１ｖ及び外部ＥＧＲ制御部１０１ｘによって制御されるＥＧＲシステム５５は、ＥＣＵ１０からの信号を受けて筒内温度を調整することができるという点で、「筒内温度調整部」を例示している。
【０２４９】
ＥＣＵ１０はまた、目標Ｔｉｎに基づいて、点火プラグ２５の制御量（点火時期）を設定する前述の点火時期設定部１０１ｈと、点火時期設定部１０１ｈによる設定を実現するように、点火プラグ２５に制御信号を出力する点火制御部１０１ｉを有している。
【０２５０】
このように、ＥＣＵ１０は、目標Ｔｉｎに対応した制御量を設定するとともに、その設定を実現するような制御信号を生成して各アクチュエータに出力する。ここで設定される制御量は、目標Ｔｉｎに基づいた制御を実行する上でのベースセット（基本値）に相当する。
【０２５１】
（ＳＩ時期演算部）
ＳＩ時期演算部１０１ｚは、図１３に示した制御プロセスを実行するように構成されている。すなわち、ＳＩ時期演算部１０１ｚは、筒内圧センサＳＷ６の検知信号に基づいて、各燃焼サイクルにおいて実現したであろうθｍｆｂ１０の値を事後に推定する。
【０２５２】
（第１着火時期推定部、第２着火時期推定部）
第１着火時期推定部１０１ｏ、第２着火時期推定部１０１ｐ、及び、選択部１０１ｑについては、前述した通りである。すなわち、第１着火時期推定部１０１ｏは、筒内圧センサＳＷ６の検知信号に基づいて図１１に示した制御プロセスを実行することにより、θｃｉ１を推定する。一方、第２着火時期推定部１０ｐは、筒内圧センサＳＷ６の検知信号に基づいて図１６に示した制御プロセスを実行することにより、θｃｉ２を推定する。
【０２５３】
（選択部）
前述のように、選択部１０１ｑは、以下の条件に従って、実θｃｉを選択する。
１）θｃｉ１及びθｃｉ２のいずれか一方のみが推定されたときには、当該ＣＩ時期を実θｃｉに選択する。
２）θｃｉ１及びθｃｉ２の両方が推定されたときには、進角側のＣＩ時期を実θｃｉに選択する。
【０２５４】
ＣＩ有無判定部としての選択部１０１ｑは、条件１）又は２）に従って実θｃｉが選択されたときには、ＣＩ燃焼が適切に生じたものと判定する。この場合、ＥＣＵ１０は、そうして選択された実θｃｉに基づいた第１の推定手法を実行することにより、実Ｔｉｎを推定する。
【０２５５】
一方、選択部１０１ｑは、条件１）及び２）の両方に従わなかったとき、すなわち、θｃｉ１及びθｃｉ２の両方が推定されなかったときには、そもそも、ＳＩ燃焼後にＣＩ燃焼が適切に生じなかった（ＳＩ燃焼のみが生じた）ものと判定する。この場合、ＥＣＵ１０は、ＣＩ確率Ｐｃｉに基づいた第２の推定手法を実行することにより、実Ｔｉｎを推定する。
【０２５６】
そうして、選択部１０１ｑは、ＣＩ燃焼が適切に生じたものと判定したときには、例えば、ＣＩ燃焼が発生したことを示すフラグを０から１にして、メモリ１０２に記憶させる。一方、選択部１０１ｑは、ＣＩ燃焼が適切に生じなかったと判定したときには、ＣＩ燃焼が発生したことを示すフラグを０のままに保つ。
【０２５７】
なお、実θｃｉは、燃焼サイクル毎に、図１１及び図１６に示す制御プロセスに従って、その都度演算される。一方、Ｐｃｉは、燃焼サイクルを繰り返し実行していくうちに、繰り返し更新されていくようになっている。
【０２５８】
（ＣＩ確率演算部）
ＣＩ確率演算部１０１ｙは、選択部１０１ｑによる判定に基づいて、ＣＩ確率Ｐｃｉを繰り返し更新する。ＣＩ確率演算部１０１ｙが行うＰｃｉの更新手順について、図１９のフローチャートを参照しながら説明する。先ず、ステップＳ５１にて、ＣＩ確率演算部１０１ｙは、各種パラメータを読み込む。このステップＳ５１において読み込まれるパラメータには、各燃焼サイクルにおいてＣＩ燃焼が生じたか否かを示すフラグが含まれる。
【０２５９】
続いて、ステップＳ５２において、ＣＩ確率演算部１０１ｙは、ステップＳ５１にて読み込んだフラグに基づいて、θｃｉを推定できたか否かを判定する。この判定がＹＥＳのとき、ＣＩ確率演算部１０１ｙは、ＣＩ回数（θｃｉを推定することができた通算の回数）と、検知回数（θｃｉの推定を試みた通算の回数）とを、前回の燃焼サイクルにおいて得られた値から、それぞれ１回分だけ増やす（ステップＳ５３）。一方、ステップＳ５２の判定がＮＯのとき、ＣＩ確率演算部１０１ｙは、ＣＩ回数を前回の値のまま保持するとともに、検知回数のみを１回分だけ増やす（ステップＳ５７）。
【０２６０】
なお、ＣＩ回数および検知回数の値は、メモリ１０２に記憶されているとともに、適宜、このメモリ１０２から読み込まれるようになっている。メモリ１０２に記憶されているＣＩ回数および検知回数の値は、ステップＳ５３及びステップＳ５７に示す処理を実行するたびに、更新される。
【０２６１】
続いて、ステップＳ５４において、ＣＩ確率演算部１０１ｙは、ＣＩ回数が所定の閾値を超えた否かを判定する。この判定がＮＯのときには、ＣＩ確率演算部１０１ｙは、ＣＩ確率Ｐｃｉを更新せず、前回の燃焼サイクルにおいて得られたＰｃｉのまま保持してリターンする。この所定の閾値は、エンジン１の設計等に基づいて、予め決定されており、メモリ１０２に記憶されている。
【０２６２】
一方、ステップＳ５４における判定がＹＥＳのとき、ＣＩ確率演算部１０１ｙは、（Ｐｃｉ＝ＣＩ回数／検知回数）なる数式に基づいて、Ｐｃｉを算出する（ステップＳ５５）。
【０２６３】
そして、ステップＳ５５から続くステップＳ５６において、ＣＩ確率演算部１０１ｙは、メモリ１０２に記憶されているＰｃｉの値を、ステップＳ５５にて算出された値に更新する。
【０２６４】
（筒内温度判定部）
筒内温度判定部１０１αは、実Ｔｉｎを推定するための第１の手法と、同パラメータを推定するための第２の手法とを使い分けて実行する。具体的に、選択部１０１ｑによって実θｃｉが選択されたときには、第１の手法を実行する一方、実θｃｉが選択されなかったときには、第２の手法を実行する。以下、各手法において筒内温度判定部１０１αが行う処理について、順に説明をする。
【０２６５】
−実Ｔｉｎを推定する第１の手法−
まず、筒内温度判定部１０１αは、第１の手法を実行するとき、選択部１０１ｑによって選択された実θｃｉと、ＳＩ時期演算部１０１ｚにより算出されたθｍｆｂ１０と、を読み込む。筒内温度判定部１０１αは、そうして読み込まれた実θｃｉとθｍｆｂ１０とに基づいて実Ｔｉｎを推定するとともに、その推定値の高低を判定する。この判定に際して、筒内温度判定部１０１αは、目標筒内状態量設定部１０１ｂにより決定された目標Ｔｉｎを読み込むとともに、実Ｔｉｎと目標Ｔｉｎとに基づいた判定を行うよう構成されている。
【０２６６】
そのために、筒内温度判定部１０１αは、実θｃｉ及びθｍｆｂ１０に基づいて実Ｔｉｎを推定する筒内温度推定部１０１βと、実Ｔｉｎ及び目標Ｔｉｎに基づいて実Ｔｉｎの高低を判定するために差分ΔＴｉｎを演算する温度ズレ演算部１０１γと、を有している。
【０２６７】
具体的に、筒内温度推定部１０１βは、実θｃｉ及びθｍｆｂ１０に加えてさらに、マップ記憶部１０２５に記憶されている第１マップを読み込む。そして、筒内温度推定部１０１βは、実θｃｉ及びθｍｆｂ１０と、第１マップとを照合することにより、実Ｔｉｎを推定する。
【０２６８】
ここで、筒内温度推定部１０１βは、実θｃｉが早いタイミングのときには、遅いタイミングのときに比して、実Ｔｉｎを高く推定する。第１マップは、図２０に示すように、正の傾きを有する複数の直線から成る。各直線のｘ軸はθｍｆｂ１０に対応し、ｙ軸は実θｃｉに対応している。各直線は、筒内温度毎に傾きが同一で、かつ、筒内温度が高いときには低いときに比して切片が小さくなる。図２０に示すように、仮に筒内温度が同一であれば、θｍｆｂ１０が遅角するにつれて、実θｃｉが遅角することになる。
【０２６９】
筒内温度推定部１０１βは、図２０のポイントＰ１に示すように、（θｍｆｂ１０，実θｃｉ）＝（ｘ１，ｙ１）としたときに、当該座標を通過するような、第１マップ上の直線を探索する。そうして探索された直線における切片の大小に基づいて、筒内温度を判定することができる。例えば、図２０に例示するように、ポイントＰ１を通過する直線の切片が大きいときには、小さいときに比して実Ｔｉｎは小さくなる。本願発明者らは、予め、各切片に対応する筒内温度の値を決定し、その値をメモリ１０２に記憶している。よって、実θｃｉ及びθｍｆｂ１それぞれの値を第１マップに照合することで、筒内温度の推定値（実Ｔｉｎ）を決定することができる。
【０２７０】
図２１は、第１マップの横軸を筒内温度に差し替えたプロットを示している。図２１に示すプロットで見たとき、第１マップは、負の相関関係を有する複数の直線から成る。各曲線は、ＳＩ時期（θｍｆｂ１０）が早いときには、遅いときに比して実θｃｉが小さくなる。また仮に、θｍｆｂ１０が同一であれば、実θｃｉが進角するにつれて、筒内温度が高くなる。
【０２７１】
また、温度ズレ演算部１０１γは、実Ｔｉｎから目標Ｔｉｎを減算することにより差分ΔＴｉｎ（＝実Ｔｉｎ−目標Ｔｉｎ）を算出する。筒内温度判定部１０１αは、実Ｔｉｎが目標Ｔｉｎよりも高いとき（ΔＴｉｎ＞０）には実Ｔｉｎが高いと判定し、実Ｔｉｎが目標Ｔｉｎと同じとき（ΔＴｉｎ＝０）には実Ｔｉｎが適温と判定し、実Ｔｉｎが目標Ｔｉｎよりも低いとき（ΔＴｉｎ＜０）には実Ｔｉｎが低いと判定する。
【０２７２】
そして、ＥＣＵ１０は、差分ΔＴｉｎに基づいて、内部ＥＧＲ設定部１０１ｕ、外部ＥＧＲ設定部１０１ｗ、点火時期設定部１０１ｈにより設定される基本値を補正する。この補正により、実Ｔｉｎが高いときには、これを低下せしめるとともに、実Ｔｉｎが低いときには、これを上昇せしめることができる。
【０２７３】
具体的に、メモリ１０２には、差分ΔＴｉｎと、補正値とを関連付けたマップが記憶されている。例えば、ＥＣＵ１０は、差分ΔＴｉｎが正のとき、その絶対値が大きいときには、小さいときに比して内部ＥＧＲガスの導入量を減量するべく、ネガティブオーバーラップ期間を短縮するように補正する。また、ネガティブオーバーラップ期間の補正に加えて、又は、当該補正に代えて、ＥＣＵ１０は、外部ＥＧＲガスの還流量を増量するべく、ＥＧＲ弁５４のバルブ開度を開き側に補正する。
【０２７４】
また、ＥＣＵ１０は、差分ΔＴｉｎが負のとき、その絶対値が大きいときには、低いときに比して内部ＥＧＲガスの導入量を増量するべく、ネガティブオーバーラップ期間を延長するように補正する。また、ネガティブオーバーラップ期間の補正に加えて、又は、当該補正に代えて、ＥＣＵ１０は、外部ＥＧＲガスの還流量を減量するべく、ＥＧＲ弁５４のバルブ開度を閉じ側に補正する。
【０２７５】
上記のようにして設定される補正値に基づいて、ＥＣＵ１０は、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３、排気電動Ｓ−ＶＴ２４、及び、ＥＧＲ弁５４をそれぞれフィードバック制御する。これにより、実Ｔｉｎが目標Ｔｉｎになるように、各アクチュエータを制御することが可能となる。
【０２７６】
こうして、筒内温度の推定値と目標値とのズレに基づいて、各アクチュエータを制御することが可能となる。これにより、ＳＰＣＣＩ燃焼を適切にコントロールすることができ、ＳＰＣＣＩ燃焼における燃焼騒音を抑制しながら、エンジン１の燃費性能を向上させることができる。
【０２７７】
−実Ｔｉｎを推定する第２の手法−
まず、筒内温度判定部１０１αは、第２の手法を実行するとき、ＣＩ確率演算部１０１ｙによって算出されたＰｃｉと、ＳＩ時期演算部１０１ｚにより算出されたθｍｆｂ１０と、を読み込む。筒内温度判定部１０１αは、そうして読み込まれたＰｃｉとθｍｆｂ１０とに基づいて実Ｔｉｎを推定するとともに、その推定値の高低を判定する。この判定に際して、筒内温度判定部１０１αは、目標筒内状態量設定部１０１ｂにより決定された目標Ｔｉｎを読み込むとともに、実Ｔｉｎと目標Ｔｉｎとに基づいた判定を行うよう構成されている。
【０２７８】
そのために、筒内温度推定部１０１βは、実θｃｉ及びθｍｆｂ１０に基づいた推定ばかりでなく、Ｐｃｉ及びθｍｆｂ１０に基づいて実Ｔｉｎを推定することができる。温度ズレ演算部１０１γは、そうして推定された実Ｔｉｎと、目標Ｔｉｎとに基づいて差分ΔＴｉｎを演算する。
【０２７９】
具体的に、筒内温度推定部１０１βは、Ｐｃｉ及びθｍｆｂ１０に加えてさらに、マップ記憶部１０２５に記憶されている第２マップを読み込む。そして、筒内温度推定部１０１βは、Ｐｃｉ及びθｍｆｂ１０と、第２マップとを照合することにより、実Ｔｉｎを推定する。
【０２８０】
ここで、筒内温度推定部１０１βは、Ｐｃｉが大きいときには、小さいときに比して、実Ｔｉｎを高く推定する。第２マップは、図２２に示すように、それぞれロジスティック関数として記述され、かつ、横軸方向に並んで成る複数の曲線から成る。各曲線のｘ軸はθｍｆｂ１０に対応し、ｙ軸はＰｃｉに対応している。つまり、第２マップに示す各曲線において、Ｐｃｉは、θｍｆｂ１０が大きいときには、小さいときに比して略段差状に減少するようになっている。各曲線は、筒内温度が高いときには、低いときに比して＋ｘ方向に大きくシフトする（ロジスティック関数と見なしたときの変曲点が＋ｘ側にシフトする）。
【０２８１】
なお、仮に、θｍｆｂ１０が同一であれば（θｍｆｂ１０が所定値にあるとき）、Ｐｃｉが大きいときには、小さいときに比して＋ｘ方向のシフト量、ひいては筒内温度は高くなる。また、Ｐｃｉが同一であれば（Ｐｃｉが所定値にあるとき）、θｍｆｂ１０が遅角側にあるときには、進角側にあるときに比して筒内温度は高くなる。
【０２８２】
筒内温度推定部１０１βは、図２２のポイントＰ２に示すように、（θｍｆｂ１０，Ｐｃｉ）＝（ｘ２，ｙ２）としたときに、当該座標を通過するような曲線を探索する。そうして探索された曲線における＋ｘ方向のシフト量に基づいて、筒内温度の高低を推定することができる。例えば、図２２に例示するように、ポイントＰ２を通過する曲線のシフト量が大であれば、小であるときに比して、筒内温度は大きくなる。本願発明者らは、予め、各シフト量に対応する筒内温度の値を決定し、その値をメモリ１０２に記憶している。よって、Ｐｃｉ及びθｍｆｂ１を第２マップに照合することで、筒内温度の推定値（実Ｔｉｎ）を決定することができる。
【０２８３】
また、ロジスティック関数となることから明らかなように、θｍｆｂ１０が所定以上に大きいときには、筒内温度の大小に拘わらず、Ｐｃｉはゼロに収束する一方、θｍｆｂ１０が所定以下に小さいときには、筒内温度の大小に拘わらず、Ｐｃｉは１００％（Ｐｃｉ＝１．０）に収束する。このように、Ｐｃｉが０％又は１００％と算出されたときに、筒内温度推定部１０１βは、筒内温度の判定を制限する。この場合、ＥＣＵ１０は、実Ｔｉｎを推定できなかったものとみなし、温度ズレ演算部１０１γによるΔＴｉｎの演算、及び、ΔＴｉｎに基づいた基本値の補正等の処理をスキップする。
【０２８４】
図２３は、第２マップの横軸を筒内温度に差し替えたプロットを示している。図２３に示すプロットで見たとき、第２マップは、それぞれロジスティック関数として記述され、かつ、横軸方向に並んで成る複数の曲線から成る。各曲線は、ＳＩ時期（θｍｆｂ１０）が早いときには、遅いときに比してＰｃｉが大きくなる。仮に、θｍｆｂ１０が同一であれば、Ｐｃｉが大きくなるにつれて、筒内温度が高くなる。
【０２８５】
また、温度ズレ演算部１０１γは、前述のように、実Ｔｉｎから目標Ｔｉｎを減算することにより差分ΔＴｉｎ（＝実Ｔｉｎ−目標Ｔｉｎ）を算出する。そして、ＥＣＵ１０は、差分ΔＴｉｎに基づいて、内部ＥＧＲ設定部１０１ｕ、外部ＥＧＲ設定部１０１ｗ、点火時期設定部１０１ｈにより設定される基本値を補正する。この補正により、実Ｔｉｎが高いときには、これを低下せしめるとともに、実Ｔｉｎが低いときには、これを上昇せしめることができる。
【０２８６】
（実Ｔｉｎに基づいた制御の具体例）
以下、第１の推定手法と第２の推定手法との使い分け、及び、実Ｔｉｎに基づいた制御の具体例について、図１８に示すフローチャートを用いて説明をする・
まず、筒内温度判定部１０１αは、予め算出／選択したθｍｆｂ１０、実θｃｉ、Ｐｃｉ、目標Ｔｉｎ等のパラメータを読み込む（ステップＳ６１）。
【０２８７】
続いて、筒内温度判定部１０１αは、ステップＳ６１において読み込んだパラメータに実θｃｉが含まれているか否か、つまり、θｃｉが推定できたか否かを判定する（ステップＳ６２）。
【０２８８】
ここで、ステップＳ６２の判定がＹＥＳのとき、筒内温度判定部１０１αを構成する筒内温度推定部１０１βは、実θｃｉに基づいた第１の推定手法を実行する。具体的に、筒内温度推定部１０１βは、θｍｆｂ１０と実θｃｉとを実Ｔｉｎ毎に関連付けて定めた第１マップを読み込む（ステップＳ６３）。そして、筒内温度推定部１０１βは、θｍｆｂ１０と実θｃｉとを第１マップに照らし合わせることにより、実Ｔｉｎを推定してステップＳ６５に進む（ステップＳ６４）。
【０２８９】
対して、ステップＳ６２の判定がＮＯのとき、筒内温度推定部１０１βは、Ｐｃｉに基づいた第２の推定手法を実行する。具体的に、筒内温度推定部１０１βは、θｍｆｂ１０とＰｃｉとを実Ｔｉｎ毎に関連付けて定めた第２マップを読み込む（ステップＳ６７）。そして、筒内温度推定部１０１βは、θｍｆｂ１０とＰｃｉとを第２マップに照らし合わせることにより、実Ｔｉｎを推定する（ステップＳ６５）。ただし、Ｐｃｉが０％又は１００％のときには、そもそも、第２の推定手法を用いたのでは、実Ｔｉｎを推定することができない。このように、筒内温度推定部１０１βは、実Ｔｉｎを推定することができなかった場合（ステップＳ６９：ＮＯ）には、以下のステップをスキップしてリターンする。一方、Ｐｃｉに基づいて実Ｔｉｎを推定することができた場合（ステップＳ６９：ＹＥＳ）には、筒内温度推定部１０１βはステップＳ６５に進む。
【０２９０】
ステップＳ６５において、温度ズレ演算部１０１γが筒内温度の差分ΔＴｉｎ（＝実Ｔｉｎ−目標Ｔｉｎ）を演算し、筒内温度判定部１０１αは、そうして演算された差分ΔＴｉｎの符号と絶対値に基づいて、実Ｔｉｎを判定する。
【０２９１】
ステップＳ６６において、ＥＣＵ１０は、差分ΔＴｉｎの符号と絶対値に基づいて、ＥＧＲシステム５５における制御量の基本値を補正する。このときに設定される補正値に基づいて、ＥＣＵ１０は、吸気電動Ｓ−ＶＴ２３、排気電動Ｓ−ＶＴ２４、及び、ＥＧＲ弁５４をそれぞれフィードバック制御する。これにより、実Ｔｉｎが目標Ｔｉｎになるように、各アクチュエータを制御することが可能となる。
【０２９２】
＜第１および第２マップの決定方法＞
実Ｔｉｎの推定精度を高めるための方策としては、第１及び第２マップの決定方法に工夫を凝らすことが考えられる。本願発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、第１及び第２マップを決定するときに、ベイズ推定の手法を取り入れるに至った。
【０２９３】
以下、第１及び第２マップの決定方法について説明する。
【０２９４】
（１）基本モデル
離散時刻ｔにおける状態量ｘと表記する。式（１）に示すようにｘは実数である。
【０２９５】
【数１】
2020016200.tif 000003
【０２９６】
一般には状態量は複数である。よって、ｘは多次元変数となるところ、説明を簡潔にするべく、自着火に影響する筒内温度以外の変数は固定されているものとする。よって、式（１）に示すｘは、筒内温度Ｔｉｎに相当する。
【０２９７】
一方、ＣＩ時期θｃｉは、自着火した場合（θｃｉを推定できた場合）は実数となり、自着火しなかった場合（θｃｉが推定できなかった場合）は「Ｎｏｎｅ」となる。よって、θｃｉを示す変数をｙと表記すると、このｙは、下式（２）に示すように定義することができる。
【０２９８】
【数２】
2020016200.tif 000004
【０２９９】
なお、以下の説明では、ｘ［ｔ］、ｙ［ｔ］の引数を適宜省略する。
【０３００】
ここで、所定の筒内温度ｘを条件としたときに、ＣＩ時期ｙが所定値となる条件付確率
Ｐは、ＣＩ確率Ｐｃｉをｒ（ｘ）と表記すると、下式（３）によって与えることができる。
【０３０１】
【数３】
2020016200.tif 000005
【０３０２】
既に説明したように、Ｐｃｉの大小は、筒内温度ｘの高低に応じて定まる。よって、式（３）に示すように、ｒ（ｘ）はｘの関数となる。同様に、ＣＩ時期ｙの大きさもまた、筒内温度ｘの高低に応じて定まる。よって、上式（３）においては、筒内温度ｘとＣＩ時期ｙとを関係付ける関数ｆ（ｘ）が導入されている。
【０３０３】
これらの定義を踏まえると、式（３）の第１行目は自明であることが理解されよう。一方、式（３）の第２行目におけるＮｙは、ＣＩ時期ｙが、平均値をｙ−ｆ（ｘ）とし、分散をσｙ２とした正規分布に従うことを示している。つまり、自着火してＣＩ燃焼を生じるとき、ＣＩ時期ｙは、正規分布に従うノイズが含まれて観測される。
【０３０４】
さらに、筒内温度ｘは、直前の燃焼サイクルにおける筒内温度ｘ［ｔ−１］に依存して増減するものと考えられる。このような傾向は、ｘ［ｔ−１］を出発点としたランダムウォークを用いることにより、下式（４）のように記述することができる。
【０３０５】
【数４】
2020016200.tif 000006
【０３０６】
式（４）におけるＮｘは、平均値をｘ−ｘ［ｔ−１］とし、分散をσｘ２とした正規分布を示している。上式（４）は、筒内温度ｘの関数に他ならない。ここで、筒内温度ｘに応じてＣＩ時期ｙやＣＩ確率ｒ（ｘ）が定まるところ、その因果関係を逆に辿るべく、本願発明者らは、上式（４）に対してベイズの定理を適用することを想到するに至った。具体的に、式（４）に対してベイズの定理を適用すると、ＣＩ時期ｙに関連した条件付き確率を用いて式（５）が得られる。
【０３０７】
【数５】
2020016200.tif 000007
【０３０８】
式（５）は、直前の燃焼サイクルにおける筒内温度がｘ［ｔ−１］であること、及び、現在の燃焼サイクルにて自着火しないことを条件としたときに、現在の燃焼サイクルにおける筒内温度がｘとなる確率を示している。
【０３０９】
式（５）に示す確率が最大事後確率となるとき、当該確率は、この筒内温度ｘにおいて極大となる。つまり、最大事後確率となる筒内温度ｘは、下式（６）を満たすｘである。
【０３１０】
【数６】
2020016200.tif 000008
【０３１１】
一般に、燃焼サイクル同士の時間間隔は、極めて短いものと考えられる。このことから、ｘとｘ［ｔ−１］との差が小さいものと仮定することにより、式（６）に対して２次のテイラー展開を施すことができる。
【０３１２】
そうして、式（６）を変形して整理することで、ｘのＭＡＰ（ＭＡｘｉｍｕｍ  Ｐｏｓｔｅｒｉｏｒ）推定値ｘＭＡＰは、下式（７）のように近似することができる。このＭＡＰ推定値ｘＭＡＰは、前述の実筒内温度（実Ｔｉｎ）として定義することができる。
【０３１３】
【数７】
2020016200.tif 000009
【０３１４】
つまり、筒内温度ｘのＭＡＰ推定値ｘＭＡＰとして定義される実Ｔｉｎは、ｒ（ｘ）及びｆ（ｘ）の関数形を与えることで、算出することができる。
【０３１５】
（２）マップ作成
本願発明者らは、第１及び第２マップを決定する際に、より正確なマップを作成するべく、関数ｆとして、筒内温度ｘのみならず、θｍｆｂ１０にも依存する一次関数を用いることにした。確率ｒについても同様に、筒内温度ｘとθｍｆｂとから決定されるロジスティック関数を用いることにした。これらの関数を用いて、本願発明者らは繰り返しシミュレーションを行って、第１マップと第２マップを作成した。
【０３１６】
なお、確率ｒ（ｘ）については、いわゆる忘却係数を考慮することで、燃焼サイクル毎に更新することができる。このとき、各時刻ｔにおける確率ｒ（ｘ）のモデルは、Ｂｅｔａ分布のモデルのパラメータによって表すことができるとともに、それらのパラメータを忘却係数により更新すればよい。
【０３１７】
（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は、様々な構成を採用することが可能である。
【符号の説明】
【０３１８】
１        エンジン
１０      ＥＣＵ（制御部）
１１      シリンダ
１３      シリンダヘッド
１７      燃焼室
５５      ＥＧＲシステム（筒内温度調整部）
１０１ａ  目標ＳＩ率／目標θｃｉ設定部
１０１ｂ  目標筒内状態量制御部
１０１ｉ  点火制御部
１０１ｌ  第１バンドパスフィルタ
１０１ｍ  第２バンドパスフィルタ
１０１ｏ  第１着火時期推定部（着火時期推定部）
１０１ｐ  第２着火時期推定部（第２の着火時期推定部）
１０１ｑ  選択部（ＣＩ有無判定部）
１０１ｙ  ＣＩ確率演算部
１０１α  筒内温度判定部
１０２２  目標θｃｉ記憶部（目標タイミング記憶部）
１０２４  しきい値記憶部
１０２５  マップ記憶部
２５      点火プラグ（点火部）
３        ピストン
６        インジェクタ（燃料噴射部）
ＳＷ１    エアフローセンサ（計測部）
ＳＷ２    第１吸気温度センサ（計測部）
ＳＷ３    第１圧力センサ（計測部）
ＳＷ４    第２吸気温度センサ（計測部）
ＳＷ５    吸気圧センサ（計測部）
ＳＷ６    筒内圧センサ（計測部）
ＳＷ７    排気温度センサ（計測部）
ＳＷ８    リニアＯ２センサ（計測部）
ＳＷ９    ラムダＯ２センサ（計測部）
ＳＷ１０  水温センサ（計測部）
ＳＷ１１  クランク角センサ（計測部）
ＳＷ１２  アクセル開度センサ（計測部）
ＳＷ１３  吸気カム角センサ（計測部）
ＳＷ１４  排気カム角センサ（計測部）
ＳＷ１５  ＥＧＲ差圧センサ（計測部）
ＳＷ１６  燃圧センサ（計測部）
ＳＷ１７  第３吸気温度センサ（計測部）
【図１】
2020016200.tif 000010
【図２】
2020016200.tif 000011
【図３】
2020016200.tif 000012
【図４】
2020016200.tif 000013
【図５】
2020016200.tif 000014
【図６】
2020016200.tif 000015
【図７Ａ】
2020016200.tif 000016
【図７Ｂ】
2020016200.tif 000017
【図８】
2020016200.tif 000018
【図９】
2020016200.tif 000019
【図１０】
2020016200.tif 000020
【図１１】
2020016200.tif 000021
【図１２】
2020016200.tif 000022
【図１３】
2020016200.tif 000023
【図１４】
2020016200.tif 000024
【図１５】
2020016200.tif 000025
【図１６】
2020016200.tif 000026
【図１７】
2020016200.tif 000027
【図１８】
2020016200.tif 000028
【図１９】
2020016200.tif 000029
【図２０】
2020016200.tif 000030
【図２１】
2020016200.tif 000031
【図２２】
2020016200.tif 000032
【図２３】
2020016200.tif 000033