(57)【要約】【課題】ＳＰＣＣＩ燃焼を行うエンジンにおいて、未燃混合気が自己着火するタイミングの推定精度を高める。【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、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する筒内圧パラメータに基づき、当該筒内圧パラメータが、しきい値を超えるタイミングを、未燃混合気が自己着火したタイミングと推定すると共に、火炎伝播を伴う燃焼の速度が速いときに、推定したタイミングを遅角させる補正部を有している。【選択図】図２３
2020002940.tif 000002
【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する筒内圧パラメータに基づき、当該筒内圧パラメータが、しきい値を超えるタイミングを、未燃混合気が自己着火したタイミングと推定する着火時期推定部とを有し、
前記制御部はまた、前記火炎伝播を伴う燃焼の速度が速いときに、前記推定したタイミングを遅角させる補正部を有している圧縮着火式エンジンの制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の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んでいる圧縮着火式エンジンの制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の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、
前記着火時期推定部は、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しきい値を超えるタイミングを未燃混合気が自己着火したタイミングと推定し、
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に記載の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、前記強制点火から所定期間の熱発生率を演算し、
前記着火時期推定部は、前記熱発生率が高いときには、低いときよりも遅角方向への補正量を大にする圧縮着火式エンジンの制御装置。
【請求項５】
請求項３に記載の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になるまでのクランク角期間を演算し、
前記着火時期推定部は、前記クランク角期間が短いときには、長いときよりも遅角方向への補正量を大にする圧縮着火式エンジンの制御装置。
【請求項６】
請求項２に記載の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から第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、
前記着火時期推定部は、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しきい値を超えるタイミングを未燃混合気が自己着火したタイミングと推定する第１着火時期推定部を有し、
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、
前記制御部はまた、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成分を通過させる第２バンドパスフィルタを有し、
前記着火時期推定部は、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しきい値を超えるタイミングを未燃混合気が自己着火したタイミングと推定する第２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、
前記制御部はさらに、前記第１着火時期推定部及び前記第２着火時期推定部が推定したタイミングのうちから一つのタイミングを選択する選択部を有し、
前記選択部は、前記第１着火時期推定部及び前記第２着火時期推定部のいずれか一方のみがタイミングを推定したときには、当該タイミングを、未燃混合気が自己着火したタイミングと推定し、
前記選択部はまた、前記第１着火時期推定部及び前記第２着火時期推定部の両方がタイミングを推定したときには、相対的に進角側のタイミングを、未燃混合気が自己着火したタイミングと推定する圧縮着火式エンジンの制御装置。
【請求項７】
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、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の目標タイミングに基づいて、前記未燃混合気が前記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るタイミングを、未燃混合気が自己着火したタイミングと推定する着火時期推定部と、
前記着火時期推定部が推定したタイミングを、前記計測部からの計測信号に基づいて補正する補正部と、を有し、
前記補正部は、前記火炎伝播を伴う燃焼の速度が速いときに、前記推定したタイミングを遅角させ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燃焼をコントロールするために、例えば、ＳＰＣＣＩ燃焼の特性を表すパラメータとして、ＳＩ率を用いることが考えられる。ＳＩ率は、ＳＰＣＣＩ燃焼により発生した全熱量に対し、ＳＩ燃焼により発生した熱量の割合に関係する指標と定義することができる。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。
【００１１】
また、例えば、ＳＰＣＣＩ燃焼の特性を表すパラメータとして、ＣＩ燃焼開始時期θｃｉを用いることが考えられる。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。
【００１２】
ここで、ＳＰＣＣＩのＳＩ燃焼の火炎伝播速度のばらつき等の影響で、実際のθｃｉが目標θｃｉよりも進角してしまうと、ＣＩ燃焼が圧縮上死点に近いタイミングで起きるため、燃焼騒音が大きくなってしまう。燃焼騒音を抑制しようとすると、制御部は、実際のθｃｉを把握しなければならない。実際のθｃｉを推定することができれば、制御部は、実際のθｃｉと目標θｃｉとのずれに応じて点火時期を調整することにより、実際のθｃｉを目標θｃｉに近づけることができる。例えば実際のθｃｉが目標θｃｉよりも進角しているときに、制御部は、点火時期を遅角させることによって、実際のθｃｉが遅角する結果、燃焼騒音を抑制することができる。
【００１３】
実際のθｃｉはまた、燃焼騒音を抑制するために用いる他にも、前述したＳＩ率の算出に利用することができると共に、燃焼室内の温度の推定にも利用することができる。
【００１４】
実際のθｃｉを精度良く推定することによって、ＳＰＣＣＩ燃焼の燃焼騒音を抑制しながら、燃費性能が向上するようにエンジンを運転することができる。そこで、ＳＰＣＣＩ燃焼を行うエンジンの制御においては、実際のθｃｉを精度良く推定したいという要求が生まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
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燃焼開始時期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、本願発明者らが、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を突き止めたことに基づく。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。
【００１６】
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燃焼開始時期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燃焼開始時期θｃｉ）と推定する。
【００１７】
ところが、エンジンの運転状態によっては、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ燃焼の速度が速くなる場合がある。この場合、前述した推定手法は、ＣＩ燃焼開始時期θｃｉの推定精度が低くなってしまうことを、本願発明者らは新たに見出した。
【００１８】
ここに開示する技術は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行うエンジンにおいて、未燃混合気が自己着火するタイミングの推定精度を高める。
【００１９】
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。
【００２０】
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する筒内圧パラメータに基づき、当該筒内圧パラメータが、しきい値を超えるタイミングを、未燃混合気が自己着火したタイミングと推定する着火時期推定部とを有し、前記制御部はまた、前記火炎伝播を伴う燃焼の速度が速いときに、前記推定したタイミングを遅角させる補正部を有している。
【００２１】
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、点火部は混合気に点火をする。火炎伝播を伴う燃焼が開始する。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。
【００２２】
計測部は、混合気が燃焼を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。着火時期推定部は、筒内圧パラメータが、しきい値を超えるタイミングを、未燃混合気が自己着火したタイミング（つまり、ＣＩ燃焼開始時期θｃｉ）と推定する。
【００２３】
前述したように、ＳＰＣＣＩ燃焼においてＳＩ燃焼の速度が速くなる場合、ＣＩ燃焼開始時期θｃｉの推定精度が低下することがある。具体的にＳＩ燃焼の速度が速くなると、筒内圧パラメータが、しきい値を超えるタイミングが、実際のＣＩ燃焼開始時期θｃｉよりも進角する。
【００２４】
これに対し、前記の構成では、補正部が、ＳＩ燃焼の速度が速いときに、推定したタイミングを遅角させる補正を行うから、推定したθｃｉが実際のθｃｉに近づく。θｃｉの推定精度を高めることができる。θｃｉの推定精度が高くなることによって、点火制御部は、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＣＩ燃焼の開始を、適切なタイミングに調節することができる。よって前記の構成は、ＳＰＣＣＩ燃焼の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。
【００２５】
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んでいる、としてもよい。
【００２６】
制御部は、筒内圧センサの計測値に基づいて、火炎伝播を伴う燃焼の速度を把握することができると共に、ＣＩ燃焼開始時期を推定することができる。
【００２７】
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、前記着火時期推定部は、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しきい値を超えるタイミングを未燃混合気が自己着火したタイミングと推定し、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。
【００２８】
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燃焼開始時期θｃｉを精度良く、推定することができる。
【００２９】
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、前記強制点火から所定期間の熱発生率（ｄＱ／ｄθ）を演算し、前記着火時期推定部は、前記熱発生率が高いときには、低いときよりも遅角方向への補正量を大にする、としてもよい。
【００３０】
ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ燃焼の速度が速くなると、強制点火から所定期間の熱発生率が高くなる。強制点火から所定期間の熱発生率が高くなると、ＣＩ燃焼開始時期θｃｉの推定精度が低下する。
【００３１】
着火時期推定部は、強制点火から所定期間の熱発生率が高いときには、低いときよりも遅角方向への補正量を大にする。強制点火から所定期間の熱発生率が高いときには、着火時期推定部は、θｃｉを、より進角側に誤推定してしまう。遅角方向への補正量を大にすることにより、着火時期推定部は、θｃｉの推定精度を高めることができる。
【００３２】
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になるまでのクランク角期間を演算し、前記着火時期推定部は、前記クランク角期間が短いときには、長いときよりも遅角方向への補正量を大にする、としてもよい。
【００３３】
ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ燃焼の速度が速くなると、質量燃焼割合が所定値になるまでのクランク角期間が短くなる。着火時期推定部は、質量燃焼割合が所定値になるまでのクランク角期間が短いときには、長いときよりも遅角方向への補正量を大にする。着火時期推定部は、前記と同様に、ＣＩ燃焼開始時期θｃｉの推定精度を高めることができる。
【００３４】
前記制御部は、前記筒内圧センサの計測信号から第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、前記着火時期推定部は、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しきい値を超えるタイミングを未燃混合気が自己着火したタイミングと推定する第１着火時期推定部を有し、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、前記制御部はまた、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成分を通過させる第２バンドパスフィルタを有し、前記着火時期推定部は、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しきい値を超えるタイミングを未燃混合気が自己着火したタイミングと推定する第２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、前記制御部はさらに、前記第１着火時期推定部及び前記第２着火時期推定部が推定したタイミングのうちから一つのタイミングを選択する選択部を有し、前記選択部は、前記第１着火時期推定部及び前記第２着火時期推定部のいずれか一方のみがタイミングを推定したときには、当該タイミングを、未燃混合気が自己着火したタイミングと推定し、前記選択部はまた、前記第１着火時期推定部及び前記第２着火時期推定部の両方がタイミングを推定したときには、相対的に進角側のタイミングを、未燃混合気が自己着火したタイミングと推定する、としてもよい。
【００３５】
第２バンドパスフィルタの通過帯域は、第１バンドパスフィルタの通過帯域よりも周波数が高い。第２バンドパスフィルタの通過帯域は、ＳＩ燃焼のノッキング発生時に、燃焼室内に生じる圧力波（定在波）の周波数に相当する。本願発明者らは、ＳＰＣＣＩ燃焼のＣＩ燃焼開始時に、燃焼室内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、燃焼室内に生じる圧力波の周波数に近いことを見出した。第２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）が第２しきい値を超えるタイミングは、ＣＩ燃焼開始時期θｃｉに相当する。着火時期推定部は、第２バンドパスフィルタを通過した計測信号に基づいて、ＣＩ燃焼開始時期θｃｉを推定することができる。
【００３６】
第１着火時期推定部が第１バンドバ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、互い異なる手法によってＣＩ燃焼開始時期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燃焼開始時期θｃｉを推定することにより、ＣＩ燃焼開始時期θｃｉの推定精度は高まる。
【００３７】
具体的には、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、選択部は、当該タイミングをＣＩ燃焼開始時期θｃｉであると推定することができる。
【００３８】
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、選択部は、相対的に進角側のタイミングをＣＩ燃焼開始時期θｃｉであると推定する。
【００３９】
前述の通り、推定したＣＩ燃焼開始時期θｃｉは、燃焼騒音を抑制することに利用することができる。推定したＣＩ燃焼開始時期θｃｉが目標のＣＩ燃焼開始時期θｃｉよりも進角していると、燃焼騒音が大きくなる恐れがある。そこで、制御部は、未燃混合気が自己着火するタイミングが遅角することにより燃焼騒音が小さくなるよう点火時期を遅角させる。
【００４０】
二種類の手法それぞれによって推定された二つのタイミングのうち、選択部が、相対的に進角側のタイミングをＣＩ燃焼開始時期θｃｉと推定すると、推定したＣＩ燃焼開始時期θｃｉは、目標のＣＩ燃焼開始時期θｃｉに対して、遅角側にずれるよりも進角側にずれやすくなる。制御部は、未燃混合気が自己着火するタイミングが遅角するよう、言い換えると、燃焼騒音が小さくなるよう点火時期を遅角させることになるから、ＳＰＣＣＩ燃焼の燃焼騒音を効果的に抑制することができる。
【００４１】
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、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。
【００４２】
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の目標タイミングに基づいて、前記未燃混合気が前記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るタイミングを、未燃混合気が自己着火したタイミングと推定する着火時期推定部と、前記着火時期推定部が推定したタイミングを、前記計測部からの計測信号に基づいて補正する補正部と、を有し、前記補正部は、前記火炎伝播を伴う燃焼の速度が速いときに、前記推定したタイミングを遅角させる。
【発明の効果】
【００４３】
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は、ＳＰＣＣＩ燃焼を行うエンジンにおいて、未燃混合気が自己着火するクランク角タイミングの推定精度を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【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、制御部における、ＣＩ燃焼開始時期の推定に係る機能構成を例示するブロック図である。
【図１６】図１６の上図は、ｄＱ／ｄθと第１しきい値との関係を例示する図、下図は、質量燃焼割合１０−５０％期間と、第１しきい値との関係を例示する図である。
【図１７】図１７は、質量燃焼割合１０−５０％期間と、質量燃焼割合１０％のクランク角と、第１しきい値との関係を例示する図である。
【図１８】図１８は、第１着火時期推定部によるＣＩ燃焼開始時期の推定に係る変形例を示すブロック図である。
【図１９】図１９は、ＣＩ燃焼開始時期の誤推定が生じるときの各パラメータの波形を例示する図である。
【図２０】図２０は、エンジン回転数の高低に対して、ＳＰＣＣＩ燃焼時の筒内圧の変化を周波数解析したシミュレーション結果を比較する図である。
【図２１】図２１は、エンジン回転数と第２しきい値との関係を例示する図である。
【図２２】図２２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２３】図２３は、制御部における、推定したＣＩ燃焼開始時期の補正に係る機能構成を例示するブロック図である。
【図２４】図２４の上図は、ｄＱ／ｄθと、ＣＩ燃焼開始時期の補正値との関係を例示する図、下図は、質量燃焼割合１０−５０％期間と、ＣＩ燃焼開始時期の補正値との関係を例示する図である。
【図２５】図２５は、質量燃焼割合１０−５０％期間と、質量燃焼割合１０％のクランク角と、ＣＩ燃焼開始時期の補正値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】
【００４５】
以下、圧縮着火式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、及び、エンジンの制御装置の一例である。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
（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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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）。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【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
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。
【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】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
（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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
（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、及び、低負荷領域Ａ１、中高負荷領域Ａ２、Ａ３、Ａ４よりも回転数の高い高回転領域Ａ５である。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
（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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
（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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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）。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
（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。
【０１２２】
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）。
【０１２３】
（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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
（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。
【０１３１】
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／又は量を調節することによって調節する。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
（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。
【０１５１】
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。
【０１５２】
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。
【０１５３】
（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、第１バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１０１ｌ、第２バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１０１ｍ、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。
【０１５４】
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、第１バンドパスフィルタ１０１ｌ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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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、質量燃焼割合が１０％となるクランク角θｍｆｂ１０、及び、質量燃焼割合が１０％から５０％になるまでのクランク角期間であるθｍｆｂ１０−５０期間を、少なくとも算出する。
【０１５７】
（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。
【０１５８】
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燃焼開始時期θｃｉとがほぼ一致することを突き止めた。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
また、本願発明者らは、第１特定周波数Ｓ１は、エンジン１の回転数によって変化することを突き止めた。具体的には、エンジン１の回転数が高いほど、第１特定周波数Ｓ１は高くなる。
【０１６４】
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。
【０１６５】
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。
【０１６６】
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。
【０１６７】
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。
【０１６８】
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。
【０１６９】
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。
【０１７０】
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。
【０１７１】
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。
【０１７２】
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。
【０１７３】
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。
【０１７４】
（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。
【０１７５】
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。
【０１７６】
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。
【０１７７】
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。
【０１７８】
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。
【０１７９】
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。
【０１８０】
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。
【０１８１】
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。
【０１８２】
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。
【０１８３】
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、及び、最大熱発生量Ｑｍａｘの５０％となる熱発生量Ｑ５０をそれぞれ算出する。
【０１８４】
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に決定すると共に、最大熱発生量Ｑｍａｘの５０％熱発生量Ｑ５０となるクランク角をθｍｆｂ５０に決定する。
【０１８５】
最後のステップＳ３１１において、ＥＣＵ１０（燃焼パラメータ算出部１０１ｔ）は、θｍｆｂ１０からθｍｆｂ５０までのクランク角期間であるθｍｆｂ１０−５０期間を算出する。
【０１８６】
このように、燃焼パラメータ算出部１０１ｔは、少なくとも、ｄＱ／ｄθ、θｍｆｂ１０−５０期間、及び、θｍｆｂ１０を算出する。
【０１８７】
（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。
【０１８８】
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。
【０１８９】
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。
【０１９０】
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。
【０１９１】
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。
【０１９２】
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。
【０１９３】
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。
【０１９４】
（第１の手法における誤推定の抑制）
ところで、エンジン１の運転状態によっては、図９の熱発生率の波形９４に一点鎖線で示すように、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ燃焼の熱発生率が高くなる場合がある。つまり、ＳＰＣＣＩ燃焼における初期燃焼の進行速度が速くなり、熱発生率の波形９４における立ち上がりの角度が急角度になる場合がある。この場合、図９の第１特定周波数帯域Ｓ１の出力値９２に一点鎖線で示すように、実際のθｃｉよりも進角した時期の第１特定周波数出力値が、第１しきい値Ｃｊ１よりも小さい、最小値Ｃｍｉｎとなってしまう。第１着火時期推定部１０１ｏが前述した第１の手法によってθｃｉを推定しようとしたときに、第１着火時期推定部１０１ｏは誤推定をしてしまう。
【０１９５】
第１着火時期推定部１０１ｏは、第１の推定手法における誤推定を抑制するよう構成されている。誤推定を抑制する手法には、「その１」から「その５」の五つの手法が存在している。第１着火時期推定部１０１ｏは、「その１」から「その５」のいずれかの手法、又は、複数の手法を組み合わせて、誤推定を抑制する。以下、第１の推定手法における誤推定を抑制する五つの手法について、順に説明をする。
【０１９６】
（誤推定を抑制する手法（その１））
図１５は、θｃｉの推定に係る、ＥＣＵ１０の機能構成を示している。具体的に、第１着火時期推定部１０１ｏは、調整部１０１ｕを有している。調整部１０１ｕは、しきい値記憶部１０２４が記憶している第１しきい値Ｃｊ１の調整を行う。
【０１９７】
図１６の上図は、第１しきい値Ｃｊ１の調整マップ１６１を例示している。第１しきい値Ｃｊ１の調整マップ１６１は、熱発生率ｄＱ／ｄθと第１しきい値Ｃｊ１との関係を規定している。調整マップ１６１の縦軸は、第１しきい値Ｃｊ１の絶対値を示している。
調整マップ１６１の横軸は、点火から所定期間における熱発生率ｄＱ／ｄθを示している。第１しきい値Ｃｊ１の調整マップ１６１は、しきい値記憶部１０２４に記憶されている。
【０１９８】
燃焼パラメータ算出部１０１ｔは、算出した熱発生率ｄＱ／ｄθの値を、調整部１０１ｕに出力する。調整部１０１ｕは、点火プラグ２５の点火後、所定期間における熱発生率ｄＱ／ｄθの値と、第１しきい値Ｃｊ１の調整マップ１６１とに基づいて、第１しきい値Ｃｊ１を設定する。具体的に調整部１０１ｕは、所定期間における熱発生率ｄＱ／ｄθが高いと、第１しきい値Ｃｊ１の絶対値を大きくし、所定期間における熱発生率ｄＱ／ｄθが低いと、第１しきい値Ｃｊ１の絶対値を小さくする。
【０１９９】
ＳＩ燃焼の熱発生率の立ち上がり角度が急角度になると、図９の熱発生率の波形９４に一点鎖線で示すように、点火プラグ２５の点火後、所定期間における熱発生率ｄＱ／ｄθが高くなる。第１しきい値Ｃｊ１の絶対値を大きくすると、第１しきい値Ｃｊ１は、図９の波形９２に破線の矢印で示すように、紙面の下方に下がる。実際のＣＩ燃焼開始時期θｃｉよりも進角した時期の第１特定周波数出力値の最小値Ｃｍｉｎが、第１しきい値Ｃｊ１を下回ることを抑制することができる。
【０２００】
つまり、図９に一点鎖線で示す例においては、調整部１０１ｕが第１しきい値Ｃｊ１の調整を行うことにより、第１着火時期推定部１０１ｏは、図１１のフローのステップＳ５において、第１特定周波数出力値の最小値Ｃｍｉｎが、補正された第１しきい値Ｃｊ１未満であると判定することが抑制される。第１着火時期推定部１０１ｏが、実際のＣＩ燃焼開始時期θｃｉよりも進角している第１特定周波数出力値の最小値Ｃｍｉｎに基づいて、ＣＩ燃焼開始時期θｃｉを誤推定してしまうことが、抑制される。
【０２０１】
尚、この場合、実際のθｃｉに相当する第１特定周波数出力値の極小値Ｃｍｉｎ＿ｃｉも、第１しきい値Ｃｊ１を下回らなくなる結果、第１着火時期推定部１０１ｏは、θｃｉ１を推定することができなくなることがある。しかしながら、前述したように、ここに開示する構成例において、ＥＣＵ１０は、第１の手法と第２の手法との二種類の手法それぞれによってθｃｉを推定する。第１着火時期推定部１０１ｏが第１の手法によってθｃｉ１を推定することができなくても、第２着火時期推定部１０１ｐが第２の手法によってθｃｉ２を推定することができる。
【０２０２】
（誤推定を抑制する手法（その２））
ＥＣＵ１０の機能構成は、図１５と同じである。調整部１０１ｕは、しきい値記憶部１０２４が記憶している第１しきい値Ｃｊ１の調整を行う。
【０２０３】
図１６の下図は、第１しきい値Ｃｊ１の調整マップ１６２を例示している。第１しきい値Ｃｊ１の調整マップ１６２は、θｍｆｂ１０−５０期間と第１しきい値Ｃｊ１との関係を規定している。調整マップ１６２の縦軸は、第１しきい値Ｃｊ１の絶対値を示している。第１しきい値Ｃｊ１の調整マップ１６２は、しきい値記憶部１０２４に記憶されている。
【０２０４】
調整部１０１ｕは、燃焼パラメータ算出部１０１ｔが算出をしたθｍｆｂ１０−５０期間の値と、第１しきい値Ｃｊ１の調整マップ１６２とに基づいて、第１しきい値Ｃｊ１を設定する。具体的に、調整部１０１ｕは、θｍｆｂ１０−５０期間が短いと、第１しきい値Ｃｊ１の絶対値を大きくし、θｍｆｂ１０−５０期間が長いと、第１しきい値Ｃｊ１の絶対値を小さくする。
【０２０５】
図９の熱発生量の波形９３からわかるように、ＳＩ燃焼の熱発生率の立ち上がり角度が急角度になると、θｍｆｂ１０−５０期間は短くなる。第１しきい値Ｃｊ１の絶対値を大きくすると、「その１」の手法と同様に、実際のＣＩ燃焼開始時期θｃｉよりも進角した時期の第１特定周波数出力値の最小値Ｃｍｉｎが、第１しきい値Ｃｊ１を下回ることを抑制することができる。つまり、第１着火時期推定部１０１ｏは、実際のＣＩ燃焼開始時期θｃｉよりも進角している第１特定周波数出力値の最小値Ｃｍｉｎに基づいて、ＣＩ燃焼開始時期θｃｉを誤推定してしまうことが抑制される。
【０２０６】
（誤推定を抑制する手法（その３））
ＥＣＵ１０の機能構成は、図１５と同じである。調整部１０１ｕは、しきい値記憶部１０２４が記憶している第１しきい値Ｃｊ１の調整を行う。
【０２０７】
図１７は、第１しきい値Ｃｊ１の調整マップ１７１を例示している。第１しきい値Ｃｊ１の調整マップ１７１は、θｍｆｂ１０−５０期間と、θｍｆｂ１０と、第１しきい値Ｃｊ１の絶対値との関係を規定している。調整マップ１７１の縦軸は、θｍｆｂ１０であって、上に行くほどθｍｆｂ１０が遅角であり、下に行くほどθｍｆｂ１０が進角である。調整マップ１７１の横軸は、θｍｆｂ１０−５０期間であって、右に行くほど期間が長く、左に行くほど期間が短い。調整マップ１７１は、θｍｆｂ１０−５０期間と、θｍｆｂ１０とに応じて、第１しきい値Ｃｊ１を、大、中、小の三つに定めている。尚、図示は省略するが、調整マップ１７１は、第１しきい値Ｃｊ１の値を、より細かく設定してもよい。第１しきい値Ｃｊ１の調整マップ１７１も、しきい値記憶部１０２４に記憶されている。
【０２０８】
調整部１０１ｕは、燃焼パラメータ算出部１０１ｔが算出をしたθｍｆｂ１０−５０期間の値と、θｍｆｂ１０と、第１しきい値Ｃｊ１の調整マップ１７１とに基づいて、第１しきい値Ｃｊ１を設定する。具体的にθｍｆｂ１０−５０期間が短くかつ、θｍｆｂ１０が進角側であると、第１しきい値Ｃｊ１の絶対値を大きくし、θｍｆｂ１０−５０期間が長くかつ、θｍｆｂ１０が遅角側であると、第１しきい値Ｃｊ１の絶対値を小さくし、それらの中間においては、第１しきい値Ｃｊ１の絶対値を中にする。
【０２０９】
ＳＩ燃焼の熱発生率の立ち上がり角度が急角度になると、θｍｆｂ１０−５０期間は短くなると共に、θｍｆｂ１０が進角側になる。第１しきい値Ｃｊ１の絶対値を大きくすることによって、実際のＣＩ燃焼開始時期θｃｉよりも進角した時期の第１特定周波数出力値の最小値Ｃｍｉｎが、第１しきい値Ｃｊ１を下回ることを抑制することができる。第１着火時期推定部１０１ｏは、実際のＣＩ燃焼開始時期θｃｉよりも進角している第１特定周波数出力値の最小値Ｃｍｉｎに基づいて、ＣＩ燃焼開始時期θｃｉを誤推定してしまうことが抑制される。「その３」においては、θｍｆｂ１０−５０期間と、θｍｆｂ１０との両方を考慮しているため、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ燃焼の燃焼速度をより的確に把握することでき、第１しきい値Ｃｊ１をより適切に設定することができる。その結果、第１着火時期推定部１０１ｏは、誤推定を抑制することができると共に、第１特定周波数出力値の最小値Ｃｍｉｎ＿ｃｉに基づいて、ＣＩ燃焼開始時期θｃｉを精度良く推定することができる。
【０２１０】
ここで、第１しきい値Ｃｊ１の調整マップ１７１は、θｍｆｂ１０−５０期間が所定よりも長くかつ、θｍｆｂ１０が所定よりも遅角側であると、第１しきい値Ｃｊ１の絶対値を大きくするよう構成されている（調整マップ１７１の右上の領域）。θｍｆｂ１０−５０期間が所定よりも長くかつ、θｍｆｂ１０が所定よりも遅角側であると、そもそもＳＰＣＣＩ燃焼におけるＣＩ燃焼は発生しない。そこで、第１しきい値Ｃｊ１の絶対値を大きくすることにより、第１着火時期推定部１０１ｏがθｃｉを誤推定してしまうことを抑制することができる。
【０２１１】
（誤推定を抑制する手法（その４））
「その１」〜「その３」の手法は、第１しきい値Ｃｊ１を調整することにより、誤推定を抑制している。「その４」の手法は、第１しきい値Ｃｊ１の調整を行わずに、第１しきい値Ｃｊ１を超える第１特定周波数出力値の極小値が複数、存在しているときには、それらの極小値に対応するθｍｉｎのうちから、予め定めたルールに従って、正しいＣＩ燃焼開始時期θｃｉを選択する。
【０２１２】
具体的に、ＥＣＵ１０（第１着火時期推定部１０１ｏ）は、図１１のフローのステップＳ３及びステップＳ４において複数の極小値を抽出した後、ステップＳ５において、抽出した複数の極小値の内、第１しきい値Ｃｊ１未満の極小値を特定する。そして、ＥＣＵ１０（第１着火時期推定部１０１ｏ）は、第１しきい値Ｃｊ１未満の極小値が一つだけであるときには、極小値に対応するクランク角θｍｉｎを、ＣＩ燃焼開始時期θｃｉに決定する。
【０２１３】
一方、第１しきい値Ｃｊ１未満の極小値が複数であるときには、ＥＣＵ１０（第１着火時期推定部１０１ｏ）は、最も遅角側のタイミングθｍｉｎを、ＣＩ燃焼開始時期θｃｉに決定する。前述の通り、θｃｉの誤推定は、ＳＩ燃焼時の熱発生率が高くなることに起因しているため、第１着火時期推定部１０１ｏは、θｃｉを、実際のθｃｉよりも進角側に誤推定してしまう。そこで、複数の候補のうちの最も遅角側のタイミングを、ＣＩ燃焼開始時期θｃｉに決定する。図９の例において、第１着火時期推定部１０１ｏは、第１特定周波数出力値の極小値Ｃｍｉｎと、Ｃｍｉｎ＿ｃｉとのうち、Ｃｍｉｎ＿ｃｉを選択する。第１着火時期推定部１０１ｏは、誤推定を抑制することができる。
【０２１４】
（誤推定を抑制する手法（その５））
図１８は、「その５」の手法に係る、ＥＣＵ１０の機能ブロックを例示している。前述したように、ＥＣＵ１０の第１着火時期推定部１０１ｏは、筒内圧センサＳＷ６が計測をした筒内圧の波形１８０１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特定周波数出力値１８０２）に基づいて、複数の第１特定周波数出力値の極小値と、それらの極小値に対応するクランク角θｍｉｎを抽出する（図１１のフローのステップＳ３及びステップＳ４、並びに、波形１８０２の白丸参照）。
【０２１５】
第１着火時期推定部１０１ｏはまた、各センサＳＷ１〜ＳＷ１７の計測信号から得られるエンジン１の運転状態に基づいて、ＣＩ燃焼開始時期θｃｉ＿ｐｒｅを予測する。具体的に、第１着火時期推定部１０１ｏは、図１３のフローに従って算出したθｍｆｂ１０及びθｍｆｂ５０と、熱発生率ｄＱ／ｄθが最大となるクランク角度及びｄＱ／ｄθの最大値と、筒内状態量とに基づき、モデルを用いてＣＩ燃焼開始時期を予測する。また、第１着火時期推定部１０１ｏは、エンジン１の回転数ｎｅと充填効率ｃｅと、予め設定した補正マップとに基づいて、予測したＣＩ燃焼開始時期を補正し、予測ＣＩ燃焼開始時期θｃｉ＿ｐｒｅを決定する（波形１８０２の一点鎖線を参照）。
【０２１６】
第１着火時期推定部１０１ｏは、複数の極小値それぞれに対応するクランク角θｍｉｎと、予測ＣＩ燃焼開始時期θｃｉ＿ｐｒｅとを比較し、予測ＣＩ燃焼開始時期θｃｉ＿ｐｒｅよりも遅角側でかつ、予測ＣＩ燃焼開始時期θｃｉ＿ｐｒｅに最も近い極小値のクランク角θｍｉｎを、ＣＩ燃焼開始時期θｃｉに決定する。波形１８０２の例においては、最遅角の極小値のクランク角θｍｉｎが、θｃｉとなる。
【０２１７】
前述したように、第１着火時期推定部１０１ｏは、θｃｉを、実際のθｃｉよりも進角側に誤推定してしまう。複数の候補のなかから、前記のルールに従ってＣＩ燃焼開始時期θｃｉを決定することにより、第１着火時期推定部１０１ｏは、誤推定を抑制することができる。
【０２１８】
（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。
【０２１９】
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。
【０２２０】
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。
【０２２１】
ここで、図１９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。
【０２２２】
しかしながら、当該θｃｉよりも進角側において、第２特定周波数出力値の絶対値が、第２しきい値Ｃｊ２を超えている。第２着火時期推定部１０１ｐは、当該タイミングがθｃｉであると誤推定をしてしまう。このような誤推定は、図２０に示すように、エンジン１の回転数が高くなると、筒内圧のスペクトルが、第２特定周波数帯域Ｓ２において高くなってしまうために起こる。図２０は、エンジン１の回転数が、１０００、２０００，４０００、及び６０００ｒｐｍのそれぞれにおいて、燃焼室１７内で同一の熱発生量を発生させたときの、筒内圧のスペクトルをシミュレーションした結果を示している。これによると、エンジン１の回転数が高くなると、クランク角の進行に対する時間の進行が短くなるため、スペクトルが、高周波数の方に引き延ばされたようになる。その結果、エンジン１の回転数が高くなると、筒内圧のスペクトルが、第２特定周波数帯域Ｓ２において高くなってしまう。
【０２２３】
そこで、第２着火時期推定部１０１ｐは、第２の推定手法における誤推定を抑制するよう構成されている。具体的には、図１５に示すように、第２着火時期推定部１０１ｐは、調整部１０１ｖを有している。調整部１０１ｖは、しきい値記憶部１０２４が記憶している第２しきい値Ｃｊ２を、エンジン１の運転状態に応じて変更する。
【０２２４】
図２１は、第２しきい値Ｃｊ２の調整マップ２１１を例示している。第２しきい値Ｃｊ２の調整マップ２１１は、エンジン１の回転数と第２しきい値Ｃｊ２との関係を規定している。調整マップ２１１の縦軸は、第２しきい値Ｃｊ２の絶対値を示している。第２しきい値Ｃｊ２の調整マップ２１１は、しきい値記憶部１０２４に記憶されている。
【０２２５】
調整部１０１ｖは、エンジン１の回転数と、第２しきい値Ｃｊ２の調整マップ２１１とに基づいて、第２しきい値Ｃｊ２を設定する。具体的に、エンジン１の回転数が所定の回転数Ｎ３未満のとき、調整部１０１ｖは、第２しきい値Ｃｊ２の絶対値を所定の値で一定にする。
【０２２６】
調整部１０１ｖは、エンジン１の回転数が所定の回転数Ｎ３以上のときには、エンジン１の回転数が高くなるほど、第２しきい値Ｃｊ２の絶対値を大きくする。こうすることで、エンジン１の回転数が高くなるほど、図１９において第２しきい値Ｃｊ２が紙面の上方へと移動するため、第２特定周波数出力値の絶対値が、第２しきい値Ｃｊ２を超えにくくなり、第２着火時期推定部１０１ｐは、誤推定を抑制することができる。
【０２２７】
ここで、調整マップ２１１における所定の回転数Ｎ３は、ＳＩ燃焼を行う高回転領域Ａ５の下限回転数Ｎ２よりも低くかつ、回転数Ｎ１よりも高い。
【０２２８】
尚、調整マップ２１１は、エンジン１の負荷の高低に関わらず同じである。調整部１０１ｖは、エンジン１の回転数が同じであるときには、第２しきい値Ｃｊ２の絶対値を、エンジン１の負荷の高低に対して同じにする。
【０２２９】
図２２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。
【０２３０】
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。
【０２３１】
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の回転数に応じて変更する。図２１に示すように、ＥＣＵ１０は、エンジン１の回転数が所定回転数Ｎ３未満のときには、第２しきい値Ｃｊ２の絶対値を所定の値に設定し、所定回転数Ｎ３を超えるとエンジン１の回転数が高いほど第２しきい値Ｃｊ２の絶対値を大きくなるように設定する。
【０２３２】
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。
【０２３３】
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。
【０２３４】
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。
【０２３５】
（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。
【０２３６】
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。
【０２３７】
（推定したＣＩ燃焼開始時期の補正）
前述した構成は、ＥＣＵ１０が、ＣＩ燃焼開始時期θｃｉの誤推定を抑制する。この構成とは異なる第２の実施形態として、ＥＣＵ１０は、推定したＣＩ燃焼開始時期が正しいＣＩ燃焼開始時期となるように、推定したＣＩ燃焼開始時期を補正するようにしてもよい。
【０２３８】
図２３は、第２の実施形態に係るＥＣＵ１０の機能構成を示している。第２の実施形態に係る機能構成は、図１５の機能構成に置き換わる構成である。従って、第２の実施形態に係る構成において、ＥＣＵ１０は、第１しきい値Ｃｊ１の変更を行わない。第１しきい値Ｃｊ１は、予め定めた固定値である。
【０２３９】
第１着火時期推定部１０１ｏは、補正部１０１ｗを有している。補正部１０１ｗは、推定したθｃｉを、エンジン１の運転状態に応じて補正をする。
【０２４０】
図２４の上図は、補正マップ２４１を例示している。補正マップ２４１は、熱発生率ｄＱ／ｄθと補正値θｃｏｒとの関係を規定している。具体的に、点火後、所定期間における熱発生率ｄＱ／ｄθが高いと、補正値θｃｏｒを遅角方向に大きくし、所定期間における熱発生率ｄＱ／ｄθが低いと、補正値θｃｏｒを小さくする。補正マップ２４１は、メモリ１０２に記憶されている。
【０２４１】
補正部１０１ｗは、燃焼パラメータ算出部１０１ｔが算出をした熱発生率ｄＱ／ｄθの値について、点火プラグ２５の点火後、所定期間における熱発生率ｄＱ／ｄθの値と、補正マップ２４１とに基づいて、補正値θｃｏｒを決定する。
【０２４２】
そして、第１着火時期推定部１０１ｏは、第１特定周波数出力値の最小値が第１しきい値Ｃｊ１を超えたタイミングθｍｉｎ１（図９の波形９２参照）に対し、決定した補正値θｃｏｒを加えることにより、ＣＩ燃焼開始時期θｃｉ１を定める。具体的には、θｃｉ１＝θｍｉｎ１＋θｃｏｒである。
【０２４３】
前述したように、第１の手法における誤推定は、ＳＩ燃焼時の熱発生率が高くなったときに、ＣＩ燃焼開始時期θｃｉを、実際のＣＩ燃焼開始時期θｃｉよりも進角した時期と推定してしまうことに依る。点火プラグ２５の点火後、所定期間における熱発生率ｄＱ／ｄθが高いときに、第１特定周波数出力値の最小値に基づいて仮設定したθｃｉを、遅角する方向へ補正することにより、θｃｉ１は、実際のＣＩ燃焼開始時期θｃｉに近づくようになる。つまり、第１着火時期推定部１０１ｏのθｃｉの推定精度が高まる。
【０２４４】
ここで、第１着火時期推定部１０１ｏは、図２４の上図に示す補正マップ２４１に代えて、図２４の下図に示す補正マップ２４２を用いて、ＣＩ燃焼開始時期θｃｉ１を推定してもよい。
【０２４５】
補正マップ２４２は、θｍｆｂ１０−５０期間と補正値θｃｏｒとの関係を規定している。具体的に、θｍｆｂ１０−５０期間が長いと、補正値θｃｏｒを遅角方向に大きくし、θｍｆｂ１０−５０期間が短いと、補正値θｃｏｒを小さくする。補正マップ２４２は、メモリ１０２に記憶されている。
【０２４６】
第１着火時期推定部１０１ｏは、この補正マップ２４２を用いることによって、θｍｆｂ１０−５０期間が短いときに、第１特定周波数出力値の最小値に基づいて仮設定したθｃｉを、遅角する方向へ補正することができる。θｃｉ１は、実際のＣＩ燃焼開始時期θｃｉに近づくようになり、第１着火時期推定部１０１ｏのθｃｉの推定精度が高まる。
【０２４７】
図２５は、さらに別の補正マップ２５１を例示している。第１着火時期推定部１０１ｏは、図２５に示す補正マップ２５１を用いて、ＣＩ燃焼開始時期θｃｉ１を推定してもよい。
【０２４８】
補正マップ２５１は、θｍｆｂ１０−５０期間と、θｍｆｂ１０と、補正量θｃｏｒとの関係を規定している。補正マップ２５１の縦軸は、θｍｆｂ１０であって、上に行くほどθｍｆｂ１０が遅角であり、下に行くほどθｍｆｂ１０が進角である。補正マップ２５１の横軸は、θｍｆｂ１０−５０期間であって、右に行くほど期間が長く、左に行くほど期間が短い。補正マップ２５１は、θｍｆｂ１０−５０期間と、θｍｆｂ１０とに応じて、補正値θｃｏｒを、遅角量が大、遅角量が中、遅角量が小の三つに定めている。尚、図示は省略するが、補正マップ２５１は、補正値θｃｏｒを、より細かく設定してもよい。補正マップ２５１も、メモリ１０２に記憶されている。
【０２４９】
補正部１０１ｗは、燃焼パラメータ算出部１０１ｔが算出をしたθｍｆｂ１０−５０期間の値と、θｍｆｂ１０と、補正マップ２５１とに基づいて、仮設定したθｃｉを補正する。具体的にθｍｆｂ１０−５０期間が短くかつ、θｍｆｂ１０が進角側であると、補正値θｃｏｒを、遅角量が大にし、θｍｆｂ１０−５０期間が長くかつ、θｍｆｂ１０が遅角側であると、補正値θｃｏｒを、遅角量が小にし、それらの中間においては、補正値θｃｏｒを、遅角量を中にする。その結果、θｃｉ１は、実際のＣＩ燃焼開始時期θｃｉに近づくようになり、第１着火時期推定部１０１ｏのθｃｉの推定精度が高まる。
【０２５０】
尚、θｍｆｂ１０−５０期間が所定よりも長くかつ、θｍｆｂ１０が所定よりも遅角側であると、前述したように、そもそもＳＰＣＣＩ燃焼におけるＣＩ燃焼は発生しないため、第１着火時期推定部１０１ｏは、θｃｉの推定を行わない。
【０２５１】
（他の実施形態）
尚、ここに開示する技術は、前述した構成のエンジン１に適用することに限定されない。エンジン１の構成は、様々な構成を採用することが可能である。
【符号の説明】
【０２５２】
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
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
１０１ｐ  第２着火時期推定部
１０１ｑ  選択部
１０１ｕ  調整部
１０１ｖ  調整部
１０１ｗ  補正部
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
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】
2020002940.tif 000003
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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