(57)【要約】【課題】内燃機関の自着火燃焼の燃焼状態を効果的に安定化させる。【解決手段】内燃機関の運転領域が所定の自着火燃焼領域のときに、排気バルブと吸気バルブが両方とも閉弁した状態になる負のバルブオーバーラップ期間を設けるようにバルブタイミングを制御して、その負のバルブオーバーラップ期間中に筒内に燃料を噴射する改質用の筒内噴射を実行し、その改質用の筒内噴射の実行後に吸気ポートに燃料を噴射する出力制御用のポート噴射を実行することで、圧縮行程の圧縮により混合気を自着火させて燃焼させる自着火燃焼制御を実行する。この自着火燃焼制御の際に、改質用の筒内噴射で噴射された燃料の改質度合を検出し、今回の燃焼サイクルで検出した燃料改質度合から今回の燃焼サイクルの自着火燃焼の燃焼状態を予測し、その予測結果に応じて今回の燃焼サイクルの出力制御用のポート噴射の燃料噴射量を補正して自着火燃焼の燃焼状態を安定化させる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射弁として筒内噴射用の燃料噴射弁と吸気ポート噴射用の燃料噴射弁の両方を搭載し又は筒内噴射用の燃料噴射弁のみを搭載した内燃機関と、
前記内燃機関の吸気側及び／又は排気側のバルブタイミングを調整する可変バルブタイミング装置と、
前記内燃機関の運転領域が所定の自着火燃焼領域のときに、内燃機関の少なくとも排気行程後半に排気バルブと吸気バルブが両方とも閉弁した状態になる負のバルブオーバーラップ期間を設けるように前記可変バルブタイミング装置を制御して、該負のバルブオーバーラップ期間中に筒内に燃料を噴射する改質用噴射を実行し、該改質用噴射の実行後に吸気ポート又は筒内に燃料を噴射する出力制御用噴射を実行することで、圧縮行程の圧縮により混合気を自着火させて燃焼させる自着火燃焼制御手段と、
前記改質用噴射で筒内に噴射された燃料の改質度合を検出する改質度合検出手段とを備え、
前記自着火燃焼制御手段は、前記改質度合検出手段で検出した燃料改質度合に基づいて前記出力制御用噴射の燃料噴射量を補正することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記自着火燃焼制御手段は、前記改質度合検出手段で検出した燃料改質度合が所定の適正範囲よりも大きい場合に前記出力制御用噴射の燃料噴射量を減量補正し、前記改質度合検出手段で検出した燃料改質度合が前記適正範囲よりも小さい場合に前記出力制御用噴射の燃料噴射量を増量補正する手段を有することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記自着火燃焼制御手段は、内燃機関の負荷が所定値よりも低い領域で且つ前記改質度合検出手段で検出した燃料改質度合が所定の適正範囲外の場合に点火プラグの火花放電によるアシスト点火を実行する手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記混合気の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段を備え、
前記自着火燃焼制御手段は、前記燃焼状態検出手段で検出した前回の燃焼サイクルの燃焼状態と前記改質度合検出手段で検出した今回の燃焼サイクルの燃料改質度合とに基づいて、今回の燃焼サイクルの出力制御用噴射の燃料噴射量と、今回の燃焼サイクルの点火プラグの火花放電によるアシスト点火の実行の有無と、次回の燃焼サイクルの改質用噴射の燃料噴射量のうちの少なくとも１つを制御する手段を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記燃焼状態検出手段は、前記混合気の燃焼状態の情報として、該燃焼状態に応じて発生するイオン電流を点火プラグの電極を介して検出することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記改質度合検出手段は、前記燃料改質度合の情報として、該燃料改質度合に応じて発生するイオン電流を点火プラグの電極を介して検出することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
筒内噴射用の燃料噴射弁と吸気ポート噴射用の燃料噴射弁の両方を備え、
前記自着火燃焼制御手段は、前記筒内噴射用の燃料噴射弁で前記改質用噴射を実行し、前記吸気ポート噴射用の燃料噴射弁で前記出力制御用噴射を実行することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
燃料噴射弁として筒内噴射用の燃料噴射弁と吸気ポート噴射用の燃料噴射弁の両方を搭載し又は筒内噴射用の燃料噴射弁のみを搭載した内燃機関と、
前記内燃機関の吸気側及び／又は排気側のバルブタイミングを調整する可変バルブタイミング装置と、
前記内燃機関の運転領域が所定の自着火燃焼領域のときに、内燃機関の少なくとも排気行程後半に排気バルブと吸気バルブが両方とも閉弁した状態になる負のバルブオーバーラップ期間を設けるように前記可変バルブタイミング装置を制御して、該負のバルブオーバーラップ期間中に筒内に燃料を噴射する筒内燃料噴射を実行し、圧縮行程の圧縮により混合気を自着火させて燃焼させる自着火燃焼制御手段と、
前記筒内燃料噴射で筒内に噴射された燃料の改質度合を検出する改質度合検出手段とを備え、
前記自着火燃焼制御手段は、前記改質度合検出手段で検出した燃料改質度合に基づいて前記筒内燃料噴射の燃料噴射量を補正するために吸気ポート又は筒内に燃料を噴射する補正用燃料噴射を実行することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の自着火燃焼領域のときに圧縮行程の圧縮により混合気を自着火させて燃焼させる機能を備えた内燃機関の制御装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の低燃費化やＮＯｘ排出量低減等を目的として、例えば、特許文献１（特開２００７−１６７７７号公報）や特許文献２（特開２００８−６９７８８号公報）に記載されているように、圧縮行程の圧縮により混合気を自着火させて燃焼させる自着火燃焼によって内燃機関を運転するようにしたものがあるが、一般に、自着火燃焼は、火花点火燃焼（点火プラグの火花放電により点火して混合気を燃焼させる方式）に比べて、燃焼状態の制御が難しく、燃焼状態を安定化させることが困難である。
【０００３】
そこで、上記特許文献１や上記特許文献２の技術では、混合気の燃焼状態に応じてイオン電流が発生する特性に着目して、イオン電流を検出することで自着火燃焼の燃焼状態を検出し、その検出した燃焼状態に基づいて燃料噴射量や燃料噴射時期等を制御することで、自着火燃焼の燃焼状態を安定化させるようにしている。
【特許文献１】特開２００７−１６７７７号公報
【特許文献２】特開２００８−６９７８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記特許文献１や上記特許文献２の技術のように、自着火燃焼の燃焼状態を検出し、その検出した燃焼状態に基づいて燃料噴射量や燃料噴射時期を制御するシステムでは、例えば、ある燃焼サイクルで燃焼状態が悪化すると、その燃焼サイクルで実際に燃焼状態の悪化を検出してから、次回以降の燃焼サイクルで燃焼状態の悪化を抑制するように燃料噴射量や燃料噴射時期等を制御することになるため、燃焼状態の制御に遅れが生じて、自着火燃焼の燃焼状態を十分に安定化させることができない可能性がある。
【０００５】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、従って本発明の目的は、自着火燃焼の燃焼状態を効果的に安定化させることができる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、燃料噴射弁として筒内噴射用の燃料噴射弁と吸気ポート噴射用の燃料噴射弁の両方を搭載し又は筒内噴射用の燃料噴射弁のみを搭載した内燃機関と、前記内燃機関の吸気側及び／又は排気側のバルブタイミングを調整する可変バルブタイミング装置と、前記内燃機関の運転領域が所定の自着火燃焼領域のときに、内燃機関の少なくとも排気行程後半に排気バルブと吸気バルブが両方とも閉弁した状態になる負のバルブオーバーラップ期間を設けるように可変バルブタイミング装置を制御して、該負のバルブオーバーラップ期間中に筒内に燃料を噴射する改質用噴射を実行し、該改質用噴射の実行後に吸気ポート又は筒内に燃料を噴射する出力制御用噴射を実行することで、圧縮行程の圧縮により混合気を自着火させて燃焼させる自着火燃焼制御手段と、改質用噴射で筒内に噴射された燃料の改質度合を検出する改質度合検出手段とを備え、自着火燃焼制御手段は、改質度合検出手段で検出した燃料改質度合に基づいて出力制御用噴射の燃料噴射量を補正するようにしたものである。
【０００７】
この構成では、自着火燃焼領域のときに、少なくとも排気行程後半に排気バルブと吸気バルブが両方とも閉弁した状態になる負のバルブオーバーラップ期間を設けるようにバルブタイミングを制御する。この負のバルブオーバーラップ期間は、筒内に残留した高温の燃焼ガスが排気行程後半のピストンの上昇により圧縮されるため、筒内が高温で且つ高圧の状態になる。
【０００８】
そして、この負のオーバーラップ期間中に筒内に燃料を噴射する改質用噴射を実行する。この改質用噴射で筒内に噴射された燃料は、筒内で高温且つ高圧ガスに晒されることで、燃焼の予段階の反応を開始して自着火しやすい状態に改質される。
【０００９】
この改質用噴射の実行後に、吸気ポート又は筒内に燃料を噴射する出力制御用噴射を実行する。この出力制御用噴射で吸気ポート又は筒内に噴射された燃料と、改質された燃料（改質用噴射で筒内に噴射された燃料）によって筒内に混合気が形成され、圧縮行程の圧縮により筒内が高温になると、混合気中の改質された燃料が自着火し、それが火種の役割を果たして混合気を燃焼せることができるため、混合気の自着火燃焼が成立する。
【００１０】
このようにして自着火燃焼制御を行う際に、改質用噴射で筒内に噴射された燃料の改質度合（改質の進み具合や改質された量）によって、混合気の自着火性が変化して自着火燃焼の燃焼状態が変化するため、改質用噴射で筒内に噴射された燃料の改質度合から自着火燃焼の燃焼状態を予測することが可能となる。
【００１１】
この点に着目して、本発明は、改質用噴射で筒内に噴射された燃料の改質度合を検出し、その検出した燃料改質度合に基づいて出力制御用噴射の燃料噴射量を補正する。このようにすれば、今回の燃焼サイクルで改質用噴射により筒内に噴射された燃料の改質度合から今回の燃焼サイクルの自着火燃焼の燃焼状態を予測することができ、その予測した自着火燃焼の燃焼状態に応じて今回の燃焼サイクルの出力制御用噴射の燃料噴射量を補正して自着火燃焼の燃焼状態を制御することが可能となり、自着火燃焼の燃焼状態を効果的に安定化させることができる。
【００１２】
具体的には、請求項２のように、改質度合検出手段で検出した燃料改質度合が所定の適正範囲よりも大きい場合に出力制御用噴射の燃料噴射量を減量補正し、改質度合検出手段で検出した燃料改質度合が適正範囲よりも小さい場合に出力制御用噴射の燃料噴射量を増量補正するようにすると良い。このようにすれば、燃料改質度合が適正範囲よりも大きい場合には、混合気の自着火が発生しやすくなり過ぎているため、適正な燃焼状態よりも急激な燃焼が発生すると予測して、出力制御用噴射の燃料噴射量を減量補正することで、自着火燃焼の燃焼を抑制して適正な燃焼状態に制御することができる。一方、燃料改質度合が適正範囲よりも小さい場合には、混合気の自着火が発生しにくい状態になっているため、適正な燃焼状態よりも燃焼が緩慢になると予測して、出力制御用噴射の燃料噴射量を増量補正することで、自着火燃焼の燃焼を促進して適正な燃焼状態に制御することができる。
【００１３】
更に、請求項３のように、内燃機関の負荷が所定値よりも低い領域で且つ改質度合検出手段で検出した燃料改質度合が所定の適正範囲外の場合に点火プラグの火花放電によるアシスト点火を実行するようにしても良い。このようにすれば、内燃機関の負荷が所定値よりも低い領域で且つ燃料改質度合が適正範囲外の場合には、失火が発生する可能性があると予測して、点火プラグの火花放電によるアシスト点火を実行することで、失火を回避することができる。
【００１４】
また、請求項４のように、混合気の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段を備え、この燃焼状態検出手段で検出した前回の燃焼サイクルの燃焼状態と改質度合検出手段で検出した今回の燃焼サイクルの燃料改質度合とに基づいて、今回の燃焼サイクルの出力制御用噴射の燃料噴射量と、今回の燃焼サイクルの点火プラグの火花放電によるアシスト点火の実行の有無と、次回の燃焼サイクルの改質用噴射の燃料噴射量のうちの少なくとも１つを制御するようにしても良い。
【００１５】
このようにすれば、前回の燃焼サイクルの燃焼状態と今回の燃焼サイクルの燃料改質度合の両方に基づいて今回の燃焼サイクルの自着火燃焼の燃焼状態を精度良く予測することができ、その予測した自着火燃焼の燃焼状態に応じて、今回の燃焼サイクルの出力制御用噴射の燃料噴射量や、今回の燃焼サイクルの点火プラグの火花放電によるアシスト点火の実行の有無や、次回の燃焼サイクルの改質用噴射の燃料噴射量を制御して、自着火燃焼の燃焼状態を制御することが可能となり、自着火燃焼の燃焼状態を更に効果的に安定化させることができる。
【００１６】
この場合、請求項５のように、燃焼状態検出手段は、混合気の燃焼状態の情報として、該燃焼状態に応じて発生するイオン電流を点火プラグの電極を介して検出するようにしても良い。このようにすれば、点火プラグを利用して燃焼状態を検出することができ、混合気の燃焼状態を検出するためのセンサを新たに設ける必要がなく、近年の重要な技術的課題である低コスト化の要求を満たすことができる。
【００１７】
更に、請求項６のように、改質度合検出手段は、燃料改質度合の情報として、該燃料改質度合に応じて発生するイオン電流を点火プラグの電極を介して検出するようにしても良い。このようにすれば、点火プラグを利用して燃料改質度合を検出することができ、燃料改質度合を検出するためのセンサを新たに設ける必要がなく、低コスト化の要求を満たすことができる。
【００１８】
本発明は、燃料噴射弁として筒内噴射用の燃料噴射弁のみを設け、この筒内噴射用の燃料噴射弁で、負のバルブオーバーラップ期間中に筒内に燃料を噴射する改質用噴射と、改質用噴射の実行後に筒内に燃料を噴射する出力制御用噴射の両方を実行するようにしても良いが、請求項７のように、筒内噴射用の燃料噴射弁と吸気ポート噴射用の燃料噴射弁の両方を備えたシステムに本発明を適用する場合は、筒内噴射用の燃料噴射弁で改質用噴射を実行し、吸気ポート噴射用の燃料噴射弁で出力制御用噴射を実行するようにしても良い。このようにすれば、筒内噴射用の燃料噴射弁で、負のバルブオーバーラップ期間中に筒内に燃料を噴射する改質用噴射を実行し、吸気ポート噴射用の燃料噴射弁で、改質用噴射の実行後に吸気ポートに燃料を噴射する出力制御用噴射を実行することができる。
【００１９】
また、請求項８のように、燃料噴射弁として筒内噴射用の燃料噴射弁と吸気ポート噴射用の燃料噴射弁の両方を搭載し又は筒内噴射用の燃料噴射弁のみを搭載した内燃機関と、内燃機関の吸気側及び／又は排気側のバルブタイミングを調整する可変バルブタイミング装置と、内燃機関の運転領域が所定の自着火燃焼領域のときに、内燃機関の少なくとも排気行程後半に排気バルブと吸気バルブが両方とも閉弁した状態になる負のバルブオーバーラップ期間を設けるように可変バルブタイミング装置を制御して、該負のバルブオーバーラップ期間中に筒内に燃料を噴射する筒内燃料噴射を実行し、圧縮行程の圧縮により混合気を自着火させて燃焼させる自着火燃焼制御手段と、筒内燃料噴射で筒内に噴射された燃料の改質度合を検出する改質度合検出手段とを備え、自着火燃焼制御手段は、改質度合検出手段で検出した燃料改質度合に基づいて筒内燃料噴射の燃料噴射量を補正するために吸気ポート又は筒内に燃料を噴射する補正用燃料噴射を実行するようにしても良い。
【００２０】
このようにすれば、基本的には負のバルブオーバーラップ期間中に筒内燃料噴射で筒内に噴射した燃料で内燃機関を運転し、燃料改質度合が小さく失火が発生する可能性がある場合には同じ燃焼サイクルで吸気ポート又は筒内に燃料を噴射する補正用燃料噴射を追加で実行するようにできる。この場合、次回以降の燃焼サイクルで筒内燃料噴射の燃料噴射量を増量するようにしても良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した幾つかの実施例を説明する。
【実施例１】
【００２２】
本発明の実施例１を図１乃至図７に基づいて説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。
内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２には、モータ（図示せず）によって開度調節されるスロットルバルブ１３が設けられている。このスロットルバルブ１３の下流側には、サージタンク１４が設けられ、このサージタンク１４に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１５が設けられている。また、サージタンク１４には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１６が設けられている。
【００２３】
エンジン１１には、吸気ポート１７に燃料を噴射する吸気ポート噴射用の燃料噴射弁１８が各気筒毎に取り付けられていると共に、筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射用の燃料噴射弁１９が各気筒毎に取り付けられている。また、各気筒の吸気ポート１７には、それぞれ筒内の気流強度（スワール流やタンブル流の強度）を制御する気流制御弁２０が設けられている。更に、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２１が取り付けられている。
【００２４】
また、エンジン１１には、吸気バルブ２２のバルブタイミング（開閉タイミング）を変化させる吸気側可変バルブタイミング装置２４と、排気バルブ２３のバルブタイミングを変化させる排気側可変バルブタイミング装置２５とが設けられている。エンジン１１の排気管２６には、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ２７（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられ、この排出ガスセンサ２７の下流側に、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒（図示せず）が設けられている。
【００２５】
エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２８が取り付けられている。また、エンジン１１のクランク軸２９の外周側には、クランク軸２９が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ３０が取り付けられ、このクランク角センサ３０の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。更に、アクセルセンサ３１によってアクセル操作量（アクセルペダルの踏込量）が検出される。
【００２６】
これら各種センサの出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）３２に入力される。このＥＣＵ３２は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御プログラムをＣＰＵ３３（図２参照）で実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁１８，１９の燃料噴射量や点火プラグ２１の点火時期を制御する。
【００２７】
図２に示すように、ＥＣＵ３２は、ＣＰＵ３３の指令信号に基づいて点火制御部３４から点火信号を出力する。この点火信号に基づいて点火コイル３５に発生する高電圧が点火プラグ２１に印加されると、点火プラグ２１の電極間に火花放電が発生し、この火花放電によって筒内の混合気に点火される。また、筒内に噴射された燃料が改質される際に発生するイオンや、筒内で混合気が燃焼する際に発生するイオンによって点火プラグ２１の電極間にイオン電流が流れると、イオン電流回路３６からイオン電流に応じた電圧のイオン電流信号が出力され、このイオン電流信号がイオン電流検出部３７でＡ／Ｄ変換されてＣＰＵ３３に取り込まれる。この場合、点火プラグ２１、イオン電流回路３６、イオン電流検出部３７等が燃焼状態検出手段及び改質度合検出手段としての役割を果たす。
【００２８】
ＥＣＵ３２は、後述する図５及び図６の燃焼制御ルーチンを実行することで、エンジン運転領域が所定の自着火燃焼領域（図７参照）のときには、圧縮行程の圧縮により混合気を自着火させて燃焼させる自着火燃焼制御を行い、エンジン運転領域が所定の火花点火燃焼領域（図７参照）のときには、点火プラグ２１の火花放電により点火して混合気を燃焼させる火花点火燃焼制御を行う。
【００２９】
図３に示すように、自着火燃焼制御では、まず、排気行程後半から吸気行程前半にかけて排気バルブ２３と吸気バルブ２２が両方とも閉弁した状態になる負のバルブオーバーラップ期間を設けるように、吸気バルブ２２及び排気バルブ２３のバルブタイミングを可変バルブタイミング装置２４，２５により制御する。この際、例えば、排気バルブ２３の閉弁時期がＴＤＣ（上死点）よりも進角側になるように排気バルブ２３のバルブタイミングを制御すると共に、吸気バルブ２２の開弁時期がＴＤＣよりも遅角側になるように吸気バルブ２２のバルブタイミングを制御する。この負のバルブオーバーラップ期間は、筒内に残留した高温の燃焼ガスが排気行程後半のピストン３８の上昇により圧縮されるため、筒内が高温且つ高圧の状態になる。
【００３０】
そして、この負のオーバーラップ期間中に、筒内噴射用の燃料噴射弁１９により筒内に燃料を噴射する改質用の筒内噴射（改質用噴射）を実行する。この改質用の筒内噴射で筒内に噴射された燃料は、筒内で高温且つ高圧に晒されることで、燃焼の予段階の反応を開始して自着火しやすい状態に改質される。
【００３１】
この改質用の筒内噴射の実行後の吸気行程で、吸気ポート用の燃料噴射弁１８により吸気ポート１７に燃料を噴射する出力制御用のポート噴射（出力制御用噴射）を実行する。この出力制御用のポート噴射で吸気ポート１７に噴射された燃料が筒内に吸入されて、出力制御用のポート噴射で噴射された燃料と、改質された燃料（改質用の筒内噴射で噴射された燃料）によって筒内に混合気が形成され、その後、圧縮行程の圧縮により筒内が高温になると、混合気中の改質された燃料が自着火し、それが火種の役割を果たして混合気を燃焼せることができるため、混合気の自着火燃焼が成立する。
【００３２】
このようにして自着火燃焼制御を行う際に、改質用の筒内噴射で噴射された燃料の改質度合（改質の進み具合や改質された量）によって、混合気の自着火性が変化して自着火燃焼の燃焼状態が変化するため、改質用の筒内噴射で噴射された燃料の改質度合から自着火燃焼の燃焼状態を予測することが可能となる。
【００３３】
この点に着目して、本実施例１では、改質用の筒内噴射で噴射された燃料の改質度合を検出し、今回の燃焼サイクルで検出した燃料改質度合から今回の燃焼サイクルの自着火燃焼の燃焼状態を予測し、その予測した自着火燃焼の燃焼状態に応じて今回の燃焼サイクルの出力制御用のポート噴射の燃料噴射量を補正して自着火燃焼の燃焼状態を制御することで、自着火燃焼の燃焼状態を安定化させる。
【００３４】
ここで、図４に示すように、改質用の筒内噴射で噴射された燃料の改質度合に応じて筒内に発生するイオン量が変化してイオン電流が変化するため、イオン電流は、燃料改質度合を精度良く反映した情報となる。この特性に着目して、本実施例１では、改質用の筒内噴射で噴射された燃料の改質度合に応じて発生するイオン電流を点火プラグ２１の電極を介して検出し、そのイオン電流信号の積算値（絶対値）を燃料改質度合の情報として用いる。この場合、燃料の改質度合が大きくなるほど、イオン発生量が多くなってイオン電流信号の積算値が大きくなり、燃料の改質度合が小さくなるほど、イオン発生量が少なくなってイオン電流信号の積算値が小さくなるという関係がある。
以上説明した自着火燃焼制御は、ＥＣＵ３２によって図５及び図６の燃焼制御ルーチンに従って実行される。以下、この燃焼制御ルーチンの処理内容を説明する。
【００３５】
図５及び図６に示す燃焼制御ルーチンは、ＥＣＵ３２の電源オン中に所定周期で繰り返し実行され、特許請求の範囲でいう自着火燃焼制御手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、アクセルセンサ３１やクランク角センサ３０等の出力信号を読み込んだ後、ステップ１０２に進み、アクセルセンサ３１の出力信号に基づいてアクセル開度を算出して、このアクセル開度をエンジン負荷ＫＬとして用いると共に、クランク角センサ３０の出力信号に基づいてエンジン回転速度ＮＥを算出する。尚、吸入空気量や吸気管圧力をエンジン負荷ＫＬとしても良い。
【００３６】
この後、ステップ１０３に進み、図７の燃焼領域判定マップを参照して、現在のエンジン運転領域（エンジン負荷ＫＬとエンジン回転速度ＮＥ）が自着火燃焼領域であるか火花点火燃焼領域であるかを判定する。図７の燃焼領域判定マップは、予め、設計データ、試験データ、シミュレーションデータ等に基づいて作成され、ＥＣＵ３２のＲＯＭに記憶されている。図７の燃焼領域判定マップは、自着火燃焼が困難な運転領域（例えば、低回転且つ低負荷領域、高回転領域、高負荷領域等）が火花点火燃焼領域に設定され、これ以外の自着火燃焼が可能な運転領域（例えば、中回転領域、中負荷領域等）が自着火燃焼領域に設定されている。
【００３７】
この後、ステップ１０４に進み、上記ステップ１０３の判定結果に基づいて、現在のエンジン運転領域が自着火燃焼領域であるか否かを判定する。このステップ１０４で、自着火燃焼領域ではない（つまり火花点火燃焼領域である）と判定されれば、ステップ１０５に進み、現在のエンジン運転領域（例えばエンジン負荷ＫＬとエンジン回転速度ＮＥ等）に応じて吸気バルブ２２及び排気バルブ２３のバルブタイミングを可変バルブタイミング装置２４，２５により制御する火花点火燃焼用のバルブタイミング制御を実行する。
【００３８】
この後、ステップ１０６に進み、現在のエンジン運転領域（例えばエンジン負荷ＫＬとエンジン回転速度ＮＥ等）に応じて燃料噴射弁１８，１９の燃料噴射量を制御すると共に、現在のエンジン運転領域（例えばエンジン負荷ＫＬとエンジン回転速度ＮＥ等）に応じて点火プラグ２１の点火時期を制御することで、点火プラグ２１の火花放電により点火して混合気を燃焼させる火花点火燃焼制御を実行する。
【００３９】
一方、上記ステップ１０４で、自着火燃焼領域であると判定された場合には、次のようにして自着火燃焼制御を実行する。まず、ステップ１０７で、排気行程後半から吸気行程前半にかけて排気バルブ２３と吸気バルブ２２が両方とも閉弁した状態になる負のバルブオーバーラップ期間を設けるように、吸気バルブ２２及び排気バルブ２３のバルブタイミングを可変バルブタイミング装置２４，２５により制御する。
【００４０】
この後、ステップ１０８に進み、現在のエンジン運転領域（例えばエンジン負荷ＫＬとエンジン回転速度ＮＥ等）に応じて、改質用の筒内噴射の燃料噴射量と出力制御用のポート噴射の燃料噴射量を、それぞれマップ又は数式等により算出する。これらの改質用の筒内噴射の燃料噴射量のマップ又は数式等と、出力制御用のポート噴射の燃料噴射量のマップ又は数式等は、予め、設計データ、試験データ、シミュレーションデータ等に基づいて作成され、ＥＣＵ３２のＲＯＭに記憶されている。
【００４１】
この後、ステップ１０９に進み、点火プラグ２１の火花放電による点火を停止する点火カットを実施し、次のステップ１１０で、負のバルブオーバーラップ期間中（例えば排気行程後半）に改質用の筒内噴射を実行する。
【００４２】
この後、ステップ１１１に進み、改質用の筒内噴射で噴射された燃料の改質度合Ｘを検出する。具体的には、改質用の筒内噴射で噴射された燃料の改質度合に応じて発生するイオン電流を点火プラグ２１の電極を介して検出し、そのイオン電流信号の積算値を燃料改質度合の情報として用いる。
【００４３】
この後、図６のステップ１１２に進み、現在のエンジン負荷ＫＬが所定の適正範囲内（Ｋ１≦ＫＬ≦Ｋ２）であるか否かを判定し、エンジン負荷ＫＬが適正範囲の下限値Ｋ１よりも低い領域（ＫＬ＜Ｋ１）と判定された場合には、ステップ１１３に進み、燃料改質度合Ｘが所定の適正範囲内（Ｘ１≦Ｘ≦Ｘ２）であるか否かを判定する。
【００４４】
その結果、［１］上記ステップ１１２でエンジン負荷ＫＬが適正範囲の下限値Ｋ１よりも低い領域（ＫＬ＜Ｋ１）と判定され且つ上記ステップ１１３で燃料改質度合Ｘが適正範囲の下限値Ｘ１よりも小さい（Ｘ＜Ｘ１）と判定された場合には、燃料の改質が十分に行われておらず、混合気の自着火が発生しにくい状態になっているため、適正な燃焼状態よりも燃焼が緩慢になるか又は失火する可能性があると予測して、ステップ１１４に進み、今回の燃焼サイクルの出力制御用のポート噴射の燃料噴射量を増量補正する。
【００４５】
この後、ステップ１１５に進み、吸気行程で出力制御用のポート噴射を実行した後、ステップ１１６に進み、点火プラグ２１の火花放電によるアシスト点火を所定のアシスト点火時期（例えば自着火の発生予想時期又はその付近）で実施する。これにより、自着火燃焼の燃焼を促進して適正な燃焼状態に制御して失火を防止する。この後、ステップ１１７に進み、次回の燃焼のサイクルの燃料改質度合Ｘを適正範囲内にするために、次回の燃焼サイクルの改質用の筒内噴射の燃料噴射量を増量補正するように指令する。
【００４６】
一方、［２］上記ステップ１１２でエンジン負荷ＫＬが適正範囲の下限値Ｋ１よりも低い領域（ＫＬ＜Ｋ１）と判定され且つ上記ステップ１１３で燃料改質度合Ｘが適正範囲の上限値Ｘ２よりも大きい（Ｘ＞Ｘ２）と判定された場合には、前回の燃焼サイクルの燃焼が不十分で筒内に未燃燃料が残留して、これらの未燃燃料も今回の燃焼サイクルの負のバルブオーバーラップ期間中に改質されることで燃料改質度合（イオン量）が増大して、混合気の自着火が発生しやすくなり過ぎているため、適正な燃焼状態よりも急激な燃焼が発生してノッキングが発生する可能性があると予測して、ステップ１１８に進み、今回の燃焼サイクルの出力制御用のポート噴射の燃料噴射量を減量補正する。
【００４７】
この後、ステップ１１９に進み、吸気行程で出力制御用のポート噴射を実行した後、ステップ１２０に進み、点火プラグ２１の火花放電によるアシスト点火を所定のアシスト点火時期で実施する。これにより、自着火燃焼の燃焼を抑制して適正な燃焼状態に制御してノッキングを抑制する。この後、ステップ１２１に進み、次回の燃焼サイクルの出力制御用のポート噴射の燃料噴射量を増量補正するように指令する。
【００４８】
一方、上記ステップ１１２で、エンジン負荷ＫＬが適正範囲の上限値Ｋ２よりも高い領域（ＫＬ＞Ｋ２）と判定された場合には、ステップ１２２に進み、燃料改質度合Ｘが適正範囲内（Ｘ１≦Ｘ≦Ｘ２）であるか否かを判定する。
【００４９】
その結果、［３］上記ステップ１１２でエンジン負荷ＫＬが適正範囲の上限値Ｋ２よりも高い領域（ＫＬ＞Ｋ２）と判定され且つ上記ステップ１２２で燃料改質度合Ｘが適正範囲の下限値Ｘ１よりも小さい（Ｘ＜Ｘ１）と判定された場合には、燃料の改質が十分に行われておらず、混合気の自着火が発生しにくい状態となっているため、適正な燃焼状態よりも燃焼が緩慢になると予測して、ステップ１２３に進み、今回の燃焼サイクルの出力制御用のポート噴射の燃料噴射量を増量補正した後、ステップ１２４に進み、吸気行程で出力制御用のポート噴射を実行する。これにより、自着火燃焼の燃焼を促進して適正な燃焼状態に制御する。この後、ステップ１２５に進み、次回の燃焼のサイクルの燃料改質度合Ｘを適正範囲内にするために、次回の燃焼サイクルにおいて、出力制御用のポート噴射の燃料噴射量に対する改質用の筒内噴射の燃料噴射量の割合を増大させるように指令する。      
【００５０】
一方、［４］上記ステップ１１２でエンジン負荷ＫＬが適正範囲の上限値Ｋ２よりも高い領域（ＫＬ＞Ｋ２）と判定され且つ上記ステップ１２２で燃料改質度合Ｘが適正範囲の上限値Ｘ２よりも大きい（Ｘ＞Ｘ２）と判定された場合には、混合気の自着火が発生しやすくなり過ぎているため、適正な燃焼状態よりも急激な燃焼が発生してノッキングが発生する可能性があると予測して、ステップ１２６に進み、今回の燃焼サイクルの出力制御用のポート噴射の燃料噴射量を減量補正した後、ステップ１２７に進み、吸気行程で出力制御用のポート噴射を実行する。これにより、自着火燃焼の燃焼を抑制して適正な燃焼状態に制御してノッキングを抑制する。この後、ステップ１２８に進み、次回の燃焼のサイクルの燃料改質度合Ｘを適正範囲内にするために、次回の燃焼サイクルにおいて、出力制御用のポート噴射の燃料噴射量に対する改質用の筒内噴射の燃料噴射量の割合を減少させるように指令する。
【００５１】
尚、上記ステップ１１２でエンジン負荷ＫＬが適正範囲内（Ｋ１≦ＫＬ≦Ｋ２）であると判定された場合、又は、上記ステップ１１３或は上記ステップ１２２で燃料改質度合Ｘが適正範囲内（Ｘ１≦Ｘ≦Ｘ２）であると判定された場合には、今回の燃焼サイクルの出力制御用のポート噴射の燃料噴射量を補正することなく、ステップ１２９に進み、吸気行程で出力制御用のポート噴射を実行する。
【００５２】
以上説明した本実施例１では、自着火燃焼領域のときに、負のバルブオーバーラップ期間を設けるようにバルブタイミングを制御して、その負のバルブオーバーラップ期間中に筒内に燃料を噴射する改質用の筒内噴射を実行し、その改質用の筒内噴射の実行後に吸気ポートに燃料を噴射する出力制御用のポート噴射を実行することで、圧縮行程の圧縮により混合気を自着火させて燃焼させる自着火燃焼制御を実行する。この自着火燃焼制御の際に、改質用の筒内噴射で噴射された燃料の改質度合を検出し、今回の燃焼サイクルで検出した燃料改質度合から今回の燃焼サイクルの自着火燃焼の燃焼状態を予測し、その予測した自着火燃焼の燃焼状態に応じて今回の燃焼サイクルの出力制御用のポート噴射の燃料噴射量を補正して自着火燃焼の燃焼状態を制御するようにしたので、自着火燃焼の燃焼状態を効果的に安定化させることができる。
【００５３】
また、本実施例１では、改質用の筒内噴射で噴射された燃料の改質度合に応じて発生するイオン電流を点火プラグ２１の電極を介して検出し、そのイオン電流信号の積算値を燃料改質度合の情報として用いるようにしたので、点火プラグ２１を利用して燃料改質度合を検出することができ、燃料改質度合を検出するためのセンサを新たに設ける必要がなく、近年の重要な技術的課題である低コスト化の要求を満たすことができる。
【実施例２】
【００５４】
次に、図８乃至図１０を用いて本発明の実施例２を説明する。但し、前記実施例１と実質的に同一部分については説明を省略又は簡略化し、主として前記実施例１と異なる部分について説明する。
【００５５】
図８に示すように、混合気の燃焼状態に応じて筒内に発生するイオン量が変化してイオン電流が変化するため、イオン電流は、燃焼状態を精度良く反映した情報となる。この特性に着目して、本実施例２では、混合気の燃焼状態に応じて発生するイオン電流を点火プラグ２１の電極を介して検出し、そのイオン電流信号の積算値（絶対値）を燃焼状態の情報として用いる。この場合、燃焼が急激になるほど発生するイオン量が多くなってイオン電流信号の積算値が大きくなり、燃焼が緩慢になるほど発生するイオン量が少なくなってイオン電流信号の積算値が小さくなるという関係がある。
【００５６】
そして、ＥＣＵ３２によって後述する図９及び図１０の燃焼制御ルーチンを実行することで、前回の燃焼サイクルで検出した燃焼状態と今回の燃焼サイクルで検出した燃料改質度合とに基づいて今回の燃焼サイクルの自着火燃焼の燃焼状態を予測し、その予測した自着火燃焼の燃焼状態に応じて、今回の燃焼サイクルの出力制御用のポート噴射の燃料噴射量や、今回の燃焼サイクルの点火プラグ２１の火花放電によるアシスト点火の実行の有無や、次回の燃焼サイクルの改質用の筒内噴射の燃料噴射量を制御して、自着火燃焼の燃焼状態を制御することで、自着火燃焼の燃焼状態を安定化させる。
【００５７】
図９及び図１０に示す燃焼制御ルーチンでは、まず、アクセルセンサ３１の出力信号に基づいてアクセル開度を算出して、このアクセル開度をエンジン負荷ＫＬとして用いると共に、クランク角センサ３０の出力信号に基づいてエンジン回転速度ＮＥを算出する（ステップ２０１、２０２）。尚、吸入空気量や吸気管圧力をエンジン負荷ＫＬとしても良い。
【００５８】
この後、図７の燃焼領域判定マップを参照して、現在のエンジン運転領域（エンジン負荷ＫＬとエンジン回転速度ＮＥ）が自着火燃焼領域であるか否かを判定する（ステップ２０３、２０４）。その結果、自着火燃焼領域ではない（つまり火花点火燃焼領域である）と判定されれば、現在のエンジン運転領域（例えばエンジン負荷ＫＬとエンジン回転速度ＮＥ等）に応じて火花点火燃焼用のバルブタイミング制御及び火花点火燃焼制御を実行する（ステップ２０５、２０６）。
【００５９】
一方、自着火燃焼領域であると判定された場合には、次のようにして自着火燃焼制御を実行する。まず、負のバルブオーバーラップ期間を設けるように吸気バルブ２２及び排気バルブ２３のバルブタイミングを制御した後、現在のエンジン運転領域（例えばエンジン負荷ＫＬとエンジン回転速度ＮＥ等）に応じて、改質用の筒内噴射の燃料噴射量と出力制御用のポート噴射の燃料噴射量を算出し、点火カットを実施する（ステップ２０７〜２０９）。
【００６０】
この後、負のバルブオーバーラップ期間中（例えば排気行程後半）に改質用の筒内噴射を実行した後、改質用の筒内噴射で噴射された燃料の改質度合Ｘ（イオン電流信号の積算値）を検出する（ステップ２１０、２１１）。
【００６１】
この後、ステップ２１２に進み、前回の燃焼サイクルで検出した燃焼状態Ｙ（イオン電流信号の積算値）を読み込む。
この後、図１０のステップ２１３に進み、前回の燃焼サイクルの燃焼状態Ｙが所定の適正範囲内（Ｙ１≦Ｙ≦Ｙ２）であるか否かを判定し、前回の燃焼サイクルの燃焼状態Ｙが適正範囲の下限値Ｙ１よりも低い（Ｙ＜Ｙ１）と判定された場合には、ステップ２１４に進み、今回の燃焼サイクルの燃料改質度合Ｘが適正範囲内（Ｘ１≦Ｘ≦Ｘ２）であるか否かを判定する。
【００６２】
その結果、［１］上記ステップ２１３で前回の燃焼サイクルの燃焼状態Ｙが適正範囲の下限値Ｙ１よりも低い（Ｙ＜Ｙ１）と判定され且つ上記ステップ２１４で今回の燃焼サイクルの燃料改質度合Ｘが適正範囲の下限値Ｘ１よりも小さい（Ｘ＜Ｘ１）と判定された場合、これは、通常、低負荷領域で発生する現象であり、燃料の改質が十分に行われておらず、混合気の自着火が発生しにくい状態となっているため、適正な燃焼状態よりも燃焼が緩慢になるか又は失火する可能性があると予測して、ステップ２１５に進み、今回の燃焼サイクルの出力制御用のポート噴射の燃料噴射量を増量補正する。
【００６３】
この後、ステップ２１６に進み、吸気行程で出力制御用のポート噴射を実行した後、ステップ２１７に進み、点火プラグ２１の火花放電によるアシスト点火を所定のアシスト点火時期で実施する。これにより、自着火燃焼の燃焼を促進して適正な燃焼状態に制御して失火を防止する。この後、ステップ２１８に進み、次回の燃焼サイクルの燃料改質度合Ｘを適正範囲内にするために、次回の燃焼サイクルにおける改質用の筒内噴射の燃料噴射量を増量補正するように指令する。尚、次回以降の燃焼サイクルでも自着火燃焼の燃焼状態が改善されない場合には、自着火燃焼の継続が困難と判断し、一旦、火花点火燃焼制御に切り替える。
【００６４】
一方、［２］上記ステップ２１３で前回の燃焼サイクルの燃焼状態Ｙが適正範囲の下限値Ｙ１よりも低い（Ｙ＜Ｙ１）と判定され且つ上記ステップ２１４で今回の燃焼サイクルの燃料改質度合Ｘが適正範囲の上限値Ｘ２よりも大きい（Ｘ＞Ｘ２）と判定された場合、これは、通常、低負荷領域で空燃比がリーンのときに発生する現象であり、前回の燃焼サイクルの燃焼が不十分で筒内に未燃燃料が残留して、これらの未燃燃料も今回の燃焼サイクルの負のバルブオーバーラップ期間中に改質されることで燃料改質度合（イオン量）が増大して、混合気の自着火が発生しやすくなり過ぎているため、適正な燃焼状態よりも急激な燃焼が発生してノッキングが発生する可能性があると予測して、ステップ２１９に進み、今回の燃焼サイクルの出力制御用のポート噴射の燃料噴射量を減量補正する。
【００６５】
この後、ステップ２２０に進み、吸気行程で出力制御用のポート噴射を実行した後、ステップ２２１に進み、点火プラグ２１の火花放電によるアシスト点火を所定のアシスト点火時期で実施する。これにより、自着火燃焼の燃焼を抑制して適正な燃焼状態に制御してノッキングを抑制する。この後、ステップ２２２に進み、次回の燃焼サイクルの出力制御用のポート噴射の燃料噴射量を増量補正するように指令する。
【００６６】
一方、上記ステップ２１３で、前回の燃焼サイクルの燃焼状態Ｙが適正範囲の上限値Ｙ２よりも高い（Ｙ＞Ｙ２）と判定された場合には、ステップ２２３に進み、今回の燃焼サイクルの燃料改質度合Ｘが適正範囲内（Ｘ１≦Ｘ≦Ｘ２）であるか否かを判定する。
【００６７】
その結果、［３］上記ステップ２１３で前回の燃焼サイクルの燃焼状態Ｙが適正範囲の上限値Ｙ２よりも高い（Ｙ＞Ｙ２）と判定され且つ上記ステップ２２３で今回の燃焼サイクルの燃料改質度合Ｘが適正範囲の下限値Ｘ１よりも小さい（Ｘ＜Ｘ１）と判定された場合、これは、通常、低負荷領域や高負荷領域で発生する現象であり、燃料の改質が十分に行われておらず、混合気の自着火が発生しにくくなっているため、適正な燃焼状態よりも燃焼が緩慢になるか又は失火する可能性があると予測して、ステップ２２４に進み、今回の燃焼サイクルの出力制御用のポート噴射の燃料噴射量を増量補正する。
【００６８】
この後、テップ２２５に進み、吸気行程で出力制御用のポート噴射を実行した後、ステップ２２６に進み、エンジン負荷ＫＬが適正範囲の下限値Ｋ１よりも低い領域（ＫＬ＜Ｋ１）であるか否かを判定し、エンジン負荷ＫＬが適正範囲の下限値Ｋ１よりも低い領域であると判定されれば、ステップ２１７に進み、点火プラグ２１の火花放電によるアシスト点火を所定のアシスト点火時期で実施する。これにより、自着火燃焼の燃焼を促進して適正な燃焼状態に制御して失火を防止する。この後、ステップ２１８に進み、次回の燃焼のサイクルの燃料改質度合Ｘを適正範囲内にするために、次回の燃焼サイクルの改質用の筒内噴射の燃料噴射量を増量補正するように指令する。
【００６９】
これに対して、上記ステップ２２６で、エンジン負荷ＫＬが適正範囲の下限値Ｋ１以上の領域であると判定されれば、アシスト点火を行うことなく、ステップ２２７に進み、次回の燃焼のサイクルの燃料改質度合Ｘを適正範囲内にするために、次回の燃焼サイクルにおいて、出力制御用のポート噴射の燃料噴射量に対する改質用の筒内噴射の燃料噴射量の割合を増大させるように指令する。
【００７０】
一方、［４］上記ステップ２１３で前回の燃焼サイクルの燃焼状態Ｙが適正範囲の上限値Ｙ２よりも高い（Ｙ＞Ｙ２）と判定され且つ上記ステップ２２３で今回の燃焼サイクルの燃料改質度合Ｘが適正範囲の上限値Ｘ２よりも小さい（Ｘ＞Ｘ２）と判定された場合、これは、通常、高負荷領域で発生する現象であり、混合気の自着火が発生しやすくなり過ぎているため、適正な燃焼状態よりも急激な燃焼が発生してノッキングが発生する可能性があると予測して、ステップ２２８に進み、今回の燃焼サイクルの出力制御用のポート噴射の燃料噴射量を減量補正した後、ステップ２２９に進み、吸気行程で出力制御用のポート噴射を実行する。これにより、自着火燃焼の燃焼を抑制して適正な燃焼状態に制御してノッキングを抑制する。この後、ステップ２３０に進み、次回の燃焼サイクルにおいて、出力制御用のポート噴射の燃料噴射量に対する改質用の筒内噴射の燃料噴射量の割合を減少させるように指令する。
【００７１】
尚、上記ステップ２１３で前回の燃焼サイクルの燃焼状態Ｙが適正範囲内（Ｙ１≦Ｙ≦Ｙ２）であると判定された場合、或は、上記ステップ２１４又は上記ステップ２２３で今回の燃焼サイクルの燃料改質度合Ｘが適正範囲内（Ｘ１≦Ｘ≦Ｘ２）であると判定された場合には、今回の燃焼サイクルの出力制御用のポート噴射の燃料噴射量を補正することなく、ステップ２３１に進み、吸気行程で出力制御用のポート噴射を実行する。
【００７２】
以上のようにして自着火燃焼制御を実行した後、ステップ２３２に進み、今回の燃焼サイクルの燃焼状態Ｙを検出する。具体的には、混合気の燃焼状態に応じて発生するイオン電流を点火プラグ２１の電極を介して検出し、そのイオン電流信号の積算値を燃焼状態の情報として用いる。
【００７３】
以上説明した本実施例２では、前回の燃焼サイクルで検出した燃焼状態と今回の燃焼サイクルで検出した燃料改質度合とに基づいて今回の燃焼サイクルの自着火燃焼の燃焼状態を精度良く予測することができ、その予測した自着火燃焼の燃焼状態に応じて、今回の燃焼サイクルの出力制御用のポート噴射の燃料噴射量や、今回の燃焼サイクルの点火プラグ２１の火花放電によるアシスト点火の実行の有無や、次回の燃焼サイクルの改質用の筒内噴射の燃料噴射量を制御して自着火燃焼の燃焼状態を制御するようにしたので、自着火燃焼の燃焼状態を更に効果的に安定化させることができる。
【００７４】
また、本実施例２では、混合気の燃焼状態に応じて発生するイオン電流を点火プラグ２１の電極を介して検出し、そのイオン電流信号の積算値を燃焼状態の情報として用いるようにしたので、燃焼状態を検出するためのセンサを新たに設ける必要がなく、低コスト化の要求を満たすことができる。
【００７５】
［その他の実施例］
尚、上記実施例１の自着火燃焼制御において、燃料改質度合に応じて負のバルブオーバーラップ量（負のバルブオーバーラップ期間の長さ）を変化させるようにしても良い。
【００７６】
具体的には、［１］エンジン負荷ＫＬが適正範囲の下限値Ｋ１よりも低い領域（ＫＬ＜Ｋ１）と判定され且つ燃料改質度合Ｘが適正範囲の下限値Ｘ１よりも小さい（Ｘ＜Ｘ１）と判定された場合には、負のバルブオーバーラップ期間中に燃料の改質が十分に行われていないため、次回の燃焼サイクル以降は、排気バルブ２３の閉弁時期を進角補正して、負のバルブオーバーラップ量を増大させることで、負のバルブオーバーラップ期間中に燃料の改質が十分に行われるようにして、燃料改質度合Ｘを適正範囲内にする。
【００７７】
［２］エンジン負荷ＫＬが適正範囲の下限値Ｋ１よりも低い領域（ＫＬ＜Ｋ１）と判定され且つ燃料改質度合Ｘが適正範囲の上限値Ｘ２よりも大きい（Ｘ＞Ｘ２）と判定された場合には、次回以降の燃焼サイクルでは、排気バルブ２３の閉弁時期を遅角補正すると共に、吸気バルブ２２の開弁時期を進角補正して、負のバルブオーバーラップ量を減少させることで、負のバルブオーバーラップ期間中の燃料の改質を抑制して、燃料改質度合Ｘを適正範囲内にする。
【００７８】
［３］エンジン負荷ＫＬが適正範囲の上限値Ｋ２よりも高い領域（ＫＬ＞Ｋ２）と判定され且つ燃料改質度合Ｘが適正範囲の下限値Ｘ１よりも小さい（Ｘ＜Ｘ１）と判定された場合には、負のバルブオーバーラップ期間中に燃料の改質が十分に行われていないため、次回以降の燃焼サイクルでは、排気バルブ２３の閉弁時期を進角補正すると共に、吸気バルブ２２の開弁時期を遅角補正して、負のバルブオーバーラップ量を増大させることで、負のバルブオーバーラップ期間中に燃料の改質が十分に行われるようにして、燃料改質度合Ｘを適正範囲内にする。
【００７９】
［４］エンジン負荷ＫＬが適正範囲の上限値Ｋ２よりも高い領域（ＫＬ＞Ｋ２）と判定され且つ燃料改質度合Ｘが適正範囲の上限値Ｘ２よりも大きい（Ｘ＞Ｘ２）と判定された場合には、より多くの吸入空気量が要求されるため、次回以降の燃焼サイクルでは、排気バルブ２３の閉弁時期を遅角補正して、負のバルブオーバーラップ量を減少させることで、吸入空気量を増加させる。
【００８０】
また、上記実施例１の自着火燃焼制御において、燃料改質度合に応じて気流制御弁２０の開度を変化させるようにしても良い。
【００８１】
具体的には、［１］エンジン負荷ＫＬが適正範囲の下限値Ｋ１よりも低い領域（ＫＬ＜Ｋ１）と判定され且つ燃料改質度合Ｘが適正範囲の下限値Ｘ１よりも小さい（Ｘ＜Ｘ１）と判定された場合には、燃料の改質が十分に行われておらず、失火する可能性があるため、筒内に気流（スワール流やタンブル流）を発生させないか又は気流強度を弱くした方が望ましいと判断して、筒内に気流を発生させないか又は気流強度を弱くするように気流制御弁２０の開度を制御する。
【００８２】
［２］エンジン負荷ＫＬが適正範囲の上限値Ｋ２よりも高い領域（ＫＬ＞Ｋ２）と判定され且つ燃料改質度合Ｘが適正範囲の下限値Ｘ１よりも小さい（Ｘ＜Ｘ１）と判定された場合には、急激な燃焼が発生する可能性があるため、筒内に発生する気流によって筒内の混合気を弱成層化することで、急激な燃焼を抑制する必要があると判断して、筒内に気流を発生させるか又は気流強度を強くするように気流制御弁２０の開度を制御する。
【００８３】
また、上記各実施例１，２では、燃料改質度合や燃焼状態に応じて発生するイオン電流を点火プラグ２１の電極を介して検出し、そのイオン電流信号の積算値を燃料改質度合や燃焼状態の情報として用いるようにしたが、これに限定されず、図４及び図８に示すように、イオン電流信号のピーク値（絶対値）を燃料改質度合や燃焼状態の情報として用いるようにしても良い。この場合、図４に示すように、燃料改質度合が大きくなるほどイオン発生量が多くなってイオン電流信号のピーク値が大きくなり、燃料改質度合が小さくなるほどイオン発生量が少なくなってイオン電流信号のピーク値が小さくなるという関係がある。また、図８に示すように、燃焼が急激になるほどイオン発生量が多くなってイオン電流信号のピーク値が大きくなり、燃焼が緩慢になるほどイオン発生量が少なくなってイオン電流信号のピーク値が小さくなるという関係がある。
【００８４】
或は、図４及び図８に示すように、イオン電流信号の立ち下がり時期（イオン発生時期）を燃料改質度合や燃焼状態の情報として用いるようにしても良い。この場合、図４に示すように、燃料改質度合が大きくなるほど改質の進み具合が早くなってイオン発生時期が早くなり、燃料改質度合が小さくなるほど改質の進み具合が遅くなってイオン発生時期が遅くなるという関係がある。また、図８に示すように、燃焼が急激になるほどイオン発生時期が早くなり、燃焼が緩慢になるほどイオン発生時期が遅くなるという関係がある。
【００８５】
その他、イオン電流信号の変化速度や軌跡長等を燃料改質度合や燃焼状態の情報として用いるようにしても良い。
また、筒内圧センサで検出した筒内圧力を燃料改質度合や燃焼状態の情報として用いるようにしても良い。また、燃料改質時の中間生成物による発光や燃焼による発光を光学センサで検出し、検出した発光強度を燃料改質度合や燃焼状態の情報として用いるようにしても良い。また、燃料の改質や燃焼により筒内のガス成分（例えばメタン量）が変化するため、ガスサンプルによりガス成分を分析し、分析したガス成分を燃料改質度合や燃焼状態の情報として用いるようにしても良い。
【００８６】
また、上記各実施例１，２では、筒内噴射用の燃料噴射弁１９により筒内に燃料を噴射する改質用噴射を実行し、吸気ポート用の燃料噴射弁１８により吸気ポート１７に燃料を噴射する出力制御用噴射を実行するようにしたが、吸気ポート用の燃料噴射弁１８を省略して、筒内噴射用の燃料噴射弁１９のみを設けたシステムに本発明を適用する場合には、筒内噴射用の燃料噴射弁１９で、筒内に燃料を噴射する改質用噴射と、筒内に燃料を噴射する出力制御用噴射の両方を実行するようにしても良い。或は、各気筒毎に筒内噴射用の燃料噴射弁を２本設けたシステムに本発明を適用する場合には、一方の筒内噴射用の燃料噴射弁で筒内に燃料を噴射する改質用噴射を実行し、他方の筒内噴射用の燃料噴射弁で筒内に燃料を噴射する出力制御用噴射を実行するようにしても良い。
【００８７】
また、本発明の自着火燃焼制御は、エンジン運転領域が自着火燃焼領域での定常運転時に限定されず、エンジン運転領域が火花点火燃焼領域から自着火燃焼領域に切り替わった際に、燃焼安定性が特に悪化することに着目して、エンジン運転領域が火花点火燃焼領域から自着火燃焼領域に切り替わる過渡運転時に実行するようにしても良い。
【００８８】
例えば、図１１に矢印ａで示すように、エンジン負荷ＫＬが高負荷側から低下して火花点火燃焼領域から自着火燃焼領域に切り替わった場合には、筒内温度が十分に高いため、自着火燃焼領域に切り替わった後の数サイクルは、改質用の筒内噴射で噴射した燃料の改質が進行しやすい状態になる。従って、エンジン負荷ＫＬが高負荷側から低下して火花点火燃焼領域から自着火燃焼領域に切り替わった場合には、燃料改質度合が安定するまで本発明の自着火燃焼制御を実行する。
【００８９】
また、図１１に矢印ｂで示すように、エンジン負荷ＫＬが低負荷側から上昇して火花点火燃焼領域から自着火燃焼領域に切り替わった場合には、筒内温度が低いため、自着火燃焼領域に切り替わった後の数サイクルは、改質用の筒内噴射で噴射した燃料の改質が進行し難く、失火が発生する可能性がある。従って、エンジン負荷ＫＬが低負荷側から上昇して火花点火燃焼領域から自着火燃焼領域に切り替わった場合には、燃料改質度合が安定するまで本発明の自着火燃焼制御を実行して、燃料の改質を促進する制御を継続する。
【００９０】
また、本発明は、自着火燃焼領域のときに、負のバルブオーバーラップ期間を設けるようにバルブタイミングを制御して、その負のバルブオーバーラップ期間中に筒内に燃料を噴射する筒内燃料噴射を実行して、圧縮行程の圧縮により混合気を自着火させて燃焼させる自着火燃焼制御を実行し、その際、筒内燃料噴射で筒内に噴射された燃料の改質度合を検出し、その燃料改質度合に基づいて筒内燃料噴射の燃料噴射量を補正するために吸気ポート又は筒内に燃料を噴射する補正用燃料噴射を実行するようにしても良い。
【００９１】
このようにすれば、基本的には負のバルブオーバーラップ期間中に筒内燃料噴射で筒内に噴射した燃料で内燃機関を運転し、燃料改質度合が小さく失火が発生する可能性がある場合には同じ燃焼サイクルで吸気ポート又は筒内に燃料を噴射する補正用燃料噴射を追加で実行するようにできる。この場合、次回以降の燃焼サイクルで筒内燃料噴射の燃料噴射量を増量するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の実施例１におけるエンジン制御システム全体の概略構成図である。
【図２】点火制御系及びイオン電流検出系の概略構成図である。
【図３】自着火燃焼制御の実行例を説明するタイムチャートである。
【図４】燃料改質度合の検出方法を説明する図である。
【図５】実施例１の燃焼制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート（その１）である。
【図６】実施例１の燃焼制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート（その２）である。
【図７】燃焼領域判定マップの一例を概念的に示す図である。
【図８】燃焼状態の検出方法を説明する図である。
【図９】実施例２の燃焼制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート（その１）である。
【図１０】実施例２の燃焼制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート（その２）である。
【図１１】その他の実施例を説明する図である。
【符号の説明】
【００９３】
１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１３…スロットルバルブ、１７…吸気ポート、１８，１９…燃料噴射弁、２０…気流制御弁、２１…点火プラグ（改質度合検出手段，燃焼状態検出手段）、２２…吸気バルブ、２３…排気バルブ、２４，２５…可変バルブタイミング装置、２６…排気管、３０…クランク角センサ、３１…アクセルセンサ、３２…ＥＣＵ（自着火燃焼制御手段）、３６…イオン電流回路（改質度合検出手段，燃焼状態検出手段）、３７…イオン電流検出部（改質度合検出手段，燃焼状態検出手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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