(57)【要約】【課題】予混合気の圧縮自着火時期に所望の時間差を生じさせて熱発生時期を分散させる。【解決手段】内燃機関１００の制御装置２００が、燃料の一部を点火プラグ１６によって火炎伝播燃焼させ、そのときに生じる熱を用いて残りの燃料を予混合圧縮自着火燃焼させる着火アシスト自着火燃焼が燃焼室内で生じるように、燃料噴射弁２０の噴射量及び噴射時期と点火プラグ１６の点火時期とを制御する燃焼制御部と、オゾン供給装置８１による燃焼室へのオゾン供給量を制御するオゾン供給量制御部と、を備える。燃焼制御部は、着火アシスト自着火燃焼を実施した場合の予想自着火時期が目標自着火時期となるように、燃料噴射弁の噴射量及び噴射時期と点火プラグ１６の点火時期とを制御し、オゾン供給量制御部は、予混合圧縮自着火燃焼させる燃料量に基づいて、オゾン供給量を制御するように構成される。【選択図】図１
2018040264.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関本体と、
前記機関本体の燃焼室に直接燃料を噴射するための燃料噴射弁と、
前記燃焼室内に臨むように配置された点火プラグと、
前記燃焼室内において濃度差が生じるように、当該燃焼室に直接又は間接的にオゾンを供給するためのオゾン供給装置と、
を備える内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
燃料の一部を前記点火プラグによって火炎伝播燃焼させ、そのときに生じる熱を用いて残りの燃料を予混合圧縮自着火燃焼させる着火アシスト自着火燃焼が前記燃焼室内で生じるように、前記燃料噴射弁の噴射量及び噴射時期と前記点火プラグの点火時期とを制御する燃焼制御部と、
前記オゾン供給装置による前記燃焼室へのオゾン供給量を制御するオゾン供給量制御部と、
を備え、
前記燃焼制御部は、
前記着火アシスト自着火燃焼を実施した場合の予想自着火時期が目標自着火時期となるように、前記燃料噴射弁の噴射量及び噴射時期と前記点火プラグの点火時期とを制御し、
前記オゾン供給量制御部は、
予混合圧縮自着火燃焼させる前記残りの燃料の量に基づいて、オゾン供給量を制御する、
内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、従来の内燃機関の制御装置として、燃焼室内で濃度差が生じるようにオゾンを供給して予混合の圧縮自着火燃焼を行うことで、予混合気の圧縮自着火時期に時間差を生じさせて熱発生時期を分散させるように構成されたものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３２３８２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述した従来の内燃機関の制御装置では、例えば外気温の変化等によって予混合気の圧縮自着火時期が目標自着火時期よりも進角した場合に、予混合気の圧縮自着火時期を目標自着火時期に制御するには、オゾン供給量を減少させて予混合気の着火遅れ時間を長くする必要がある。そうすると、オゾン濃度差も小さくなってしまうので、予混合気の圧縮自着火時期に時間差を生じさせにくくなり、熱発生時期を十分に分散させることができなくなるという問題点がある。
【０００５】
本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、外気温の変化等によって予混合気の圧縮自着火時期が目標自着火時期に対してずれるような状況となった場合においても、予混合気の圧縮自着火時期に所望の時間差を生じさせて熱発生時期を分散させることができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、機関本体と、機関本体の燃焼室に直接燃料を噴射するための燃料噴射弁と、燃焼室内に臨むように配置された点火プラグと、燃焼室内において濃度差が生じるように、当該燃焼室に直接又は間接的にオゾンを供給するためのオゾン供給装置と、を備える内燃機関を制御する内燃機関の制御装置が、燃料の一部を前記点火プラグによって火炎伝播燃焼させ、そのときに生じる熱を用いて残りの燃料を予混合圧縮自着火燃焼させる着火アシスト自着火燃焼が燃焼室内で生じるように、燃料噴射弁の噴射量及び噴射時期と点火プラグの点火時期とを制御する燃焼制御部と、オゾン供給装置による燃焼室へのオゾン供給量を制御するオゾン供給量制御部と、を備える。燃焼制御部は、着火アシスト自着火燃焼を実施した場合の予想自着火時期が目標自着火時期となるように、燃料噴射弁の噴射量及び噴射時期と前記点火プラグの点火時期とを制御し、オゾン供給量制御部は、予混合圧縮自着火燃焼させる前記残りの燃料の量に基づいて、オゾン供給量を制御するように構成される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のこの態様によれば、外気温の変化等によって予混合気の圧縮自着火時期が目標自着火時期に対してずれるような状況となった場合においても、予混合気の圧縮自着火時期に所望の時間差を生じさせて熱発生時期を分散させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態による内燃機関及び内燃機関を制御する電子制御ユニットの概略構成図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態による内燃機関の機関本体の断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の一実施形態による内燃機関の気筒をシリンダヘッド側から見た概略図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の第１変形例による内燃機関の気筒をシリンダヘッド側から見た概略図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、本発明の第２変形例による内燃機関の気筒をシリンダヘッド側から見た概略図である。
【図４】図４は、機関本体の運転領域を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、ＣＩ運転モード中における吸気弁及び排気弁の開弁動作の一例を示した図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、ＣＩ運転モード中における吸気弁及び排気弁の開弁動作の一例を示した図である。
【図６】図６は、圧縮自着火燃焼を実施した場合のクランク角と熱発生率との関係を示した図である。
【図７】燃焼室内において濃度差が生じるように吸気行程中にオゾンを供給しつつ、着火アシスト自着火燃焼を実施した場合のクランク角と熱発生率との関係を示した図である。
【図８Ａ】図８Ａは、本発明の一実施形態によるＣＩ運転モード中の燃焼制御及びオゾン供給制御について説明するフローチャートである。
【図８Ｂ】図８Ｂは、本発明の一実施形態によるＣＩ運転モード中の燃焼制御及びオゾン供給制御について説明するフローチャートである。
【図９】図９は、機関運転状態に基づいて、着火アシスト燃料の噴射比率Ｒを算出するためのマップである。
【図１０】図１０は、進角ズレ量に基づいて、着火アシスト燃料の噴射比率Ｒに乗じる補正係数と、着火アシスト燃料の目標噴射時期、及び目標着火アシスト時期に加算する遅角補正量と、を算出するためのテーブルである。
【図１１】図１１は、機関回転速度とメイン燃料の噴射量とに基づいて、目標オゾン供給量を算出するためのマップである。
【図１２】図１２は、遅角ズレ量に基づいて、着火アシスト燃料の噴射比率に乗じる補正係数と、着火アシスト燃料の目標噴射時期、及び目標着火アシスト時期から減算する進角補正量γと、を算出するためのテーブルである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。
【００１０】
まず、図１から図３Ａを参照して本発明の一実施形態による内燃機関１００、及び内燃機関１００を制御する電子制御ユニット２００の構成について説明する。図１は、本実施形態による内燃機関１００、及び内燃機関１００を制御する電子制御ユニット２００の概略構成図である。図２は、内燃機関１００の機関本体１の概略断面図である。図３Ａは、気筒１０をシリンダヘッド側から見た概略図である。
【００１１】
内燃機関１００は、複数の気筒１０を備える機関本体１と、燃料供給装置２と、吸気装置３と、排気装置４と、吸気動弁装置５と、排気動弁装置６と、を備える。
【００１２】
機関本体１は、各気筒１０に形成される燃焼室１１内（図２参照）で燃料を燃焼させて、例えば車両などを駆動するための動力を発生させる。機関本体１には、気筒毎に１つの点火プラグ１６が、各気筒１０の燃焼室１１に臨むように設けられると共に、気筒毎に一対の吸気弁５０と一対の排気弁６０とが設けられる。図２に示すように、各気筒１０の内部には、燃焼圧力を受けて各気筒１０の内部を往復運動するピストン１２が収められる。ピストン１２は、コンロッドを介してクランクシャフトと連結されており、クランクシャフトによってピストン１２の往復運動が回転運動に変換される。
【００１３】
燃料供給装置２は、電子制御式の燃料噴射弁２０と、デリバリパイプ２１と、サプライポンプ２２と、燃料タンク２３と、圧送パイプ２４と、を備える。
【００１４】
燃料噴射弁２０は、燃焼室１１の中央頂部に配置され、各気筒１０の燃焼室１１に臨むように各気筒１０に１つ設けられる。図２に示すように本実施形態では、点火プラグ１６の電極部１６ａが、燃料噴射弁２０の燃料噴射領域Ｒ内又は燃料噴射領域Ｒの近傍に位置するように、点火プラグ１６に隣接して燃料噴射弁２０を配置することで、燃料噴射の直後に燃料噴射領域Ｒ内又は燃料噴射領域Ｒの近傍の燃料噴霧に対して点火を行ういわゆるスプレーガイドが実施できるようにしている。。燃料噴射弁２０の開弁時間（噴射量）及び開弁時期（噴射時期）は電子制御ユニット２００からの制御信号によって変更され、燃料噴射弁２０が開弁されると燃料噴射弁２０から燃焼室１１内に直接燃料が噴射される。
【００１５】
デリバリパイプ２１は、圧送パイプ２４を介して燃料タンク２３に接続される。圧送パイプ２４の途中には、燃料タンク２３に貯蔵された燃料を加圧してデリバリパイプ２１に供給するためのサプライポンプ２２が設けられる。デリバリパイプ２１は、サプライポンプ２２から圧送されてきた高圧燃料を一時的に貯蔵する。燃料噴射弁２０が開弁されると、デリバリパイプ２１に貯蔵された高圧燃料が燃料噴射弁２０から燃焼室１１内に直接噴射される。デリバリパイプ２１には、デリバリパイプ２１内の燃料圧力、すなわち燃料噴射弁２０から気筒内に噴射される燃料の圧力（噴射圧）を検出するための燃圧センサ２１１が設けられる。
【００１６】
サプライポンプ２２は、吐出量を変更することができるように構成されており、サプライポンプ２２の吐出量は、電子制御ユニット２００からの制御信号によって変更される。サプライポンプ２２の吐出量を制御することで、デリバリパイプ２１内の燃料圧力、すなわち燃料噴射弁２０の噴射圧が制御される。
【００１７】
吸気装置３は、燃焼室１１内に吸気を導くための装置であって、燃焼室１１内に吸入される吸気の状態（吸気圧、吸気温、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガス量）を変更することができるように構成されている。吸気装置３は、吸気通路３０と、吸気マニホールド３１と、ＥＧＲ通路３２と、を備える。
【００１８】
吸気通路３０は、一端がエアクリーナ３４に接続され、他端が吸気マニホールド３１の吸気コレクタ３１ａに接続される。吸気通路３０には、上流から順にエアフローメータ２１２、排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７１、インタークーラ３５及びスロットル弁３６が設けられる。
【００１９】
エアフローメータ２１２は、吸気通路３０内を流れて最終的に気筒１０内に吸入される空気の流量を検出する。
【００２０】
コンプレッサ７１は、コンプレッサハウジング７１ａと、コンプレッサハウジング７１ａ内に配置されたコンプレッサホイール７１ｂと、を備える。コンプレッサホイール７１ｂは、同軸上に取り付けられた排気ターボチャージャ７のタービンホイール７２ｂによって回転駆動され、コンプレッサハウジング７１ａ内に流入してきた吸気を圧縮して吐出する。排気ターボチャージャ７のタービン７２には、タービンホイール７２ｂの回転速度を制御するための可変ノズル７２ｃが設けられており、可変ノズル７２ｃによってタービンホイール７２ｂの回転速度が制御されることで、コンプレッサハウジング７１ａ内から吐出される吸気の圧力（過給圧）が制御される。
【００２１】
インタークーラ３５は、コンプレッサ７１によって圧縮されて高温になった吸気を、例えば走行風や冷却水などによって冷却するための熱交換器である。
【００２２】
スロットル弁３６は、吸気通路３０の通路断面積を変化させることで、吸気マニホールド３１に導入する吸気量を調整する。スロットル弁３６は、スロットルアクチュエータ３６ａによって開閉駆動され、スロットルセンサ２１３によってその開度（スロットル開度）が検出される。
【００２３】
吸気マニホールド３１は、機関本体１に形成された吸気ポート１４に接続されており、吸気通路３０から流入してきた吸気を、吸気ポート１４を介して各気筒１０の燃焼室１１内に均等に分配する。吸気マニホールド３１の吸気コレクタ３１ａには、筒内に吸入される吸気の圧力（吸気圧）を検出するための吸気圧センサ２１４と、筒内に吸入される吸気の温度（吸気温）を検出するための吸気温センサ２１５と、が設けられる。
【００２４】
ＥＧＲ通路３２は、排気マニホールド４１と吸気マニホールド３１の吸気コレクタ３１ａを連通し、各気筒１０から排出された排気の一部を圧力差によって吸気コレクタ３１ａに戻すための通路である。以下、ＥＧＲ通路３２に流入した排気のことを「ＥＧＲガス」という。ＥＧＲガスを吸気コレクタ３１ａ、ひいては各気筒１０に還流させることで、燃焼温度を低減させて窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出を抑えることができる。ＥＧＲ通路３２には、上流から順にＥＧＲクーラ３７と、ＥＧＲ弁３８と、が設けられる。
【００２５】
ＥＧＲクーラ３７は、ＥＧＲガスを、例えば走行風や冷却水などによって冷却するための熱交換器である。
【００２６】
ＥＧＲ弁３８は、連続的又は段階的に開度を調整することができる電磁弁であり、その開度は機関運転状態に応じて電子制御ユニット２００によって制御される。ＥＧＲ弁３８の開度を制御することで、吸気コレクタ３１ａに還流させるＥＧＲガスの流量が調節される。
【００２７】
排気装置４は、筒内から排気を排出するための装置であって、排気マニホールド４１と、排気通路４２と、を備える。
【００２８】
排気マニホールド４１は、機関本体１に形成された排気ポート１５に接続されており、各気筒１０から排出された排気を纏めて排気通路４２に導入する。
【００２９】
排気通路４２には、上流から順に排気ターボチャージャ７のタービン７２と、排気後処理装置４３と、が設けられる。
【００３０】
タービン７２は、タービンハウジング７２ａと、タービンハウジング７２ａ内に配置されたタービンホイール７２ｂと、を備える。タービンホイール７２ｂは、タービンハウジング７２ａ内に流入してきた排気のエネルギによって回転駆動され、同軸上に取り付けられたコンプレッサホイール７１ｂを駆動する。
【００３１】
タービンホイール７２ｂの外側には、前述した可変ノズル７２ｃが設けられている。可変ノズル７２ｃは絞り弁として機能し、可変ノズル７２ｃのノズル開度（弁開度）は電子制御ユニット２００によって制御される。可変ノズル７２ｃのノズル開度を変化させることでタービンホイール７２ｂを駆動する排気の流速をタービンハウジング７２ａ内で変化させることができる。すなわち、可変ノズル７２ｃのノズル開度を変化させることで、タービンホイール７２ｂの回転速度を変化させて過給圧を変化させることができる。具体的には、可変ノズル７２ｃのノズル開度を小さくする（可変ノズル７２ｃを絞る）と、排気の流速が上がってタービンホイール７２ｂの回転速度が増大し、過給圧が増大する。
【００３２】
排気後処理装置４３は、排気を浄化した上で外気に排出するための装置であって、有害物質を浄化する各種の排気浄化触媒や有害物質を捕集するフィルタなどを備える。
【００３３】
吸気動弁装置５は、各気筒１０の吸気弁５０を開閉駆動するための装置であって、機関本体１に設けられる。本実施形態による吸気動弁装置５は、吸気弁５０の開閉時期を任意の時期に制御できるように、例えば電磁アクチュエータによって吸気弁５０を開閉駆動するように構成される。しかしながら、これに限らず、吸気カムシャフトによって吸気弁５０を開閉駆動するように構成し、当該吸気カムシャフトの一端部に油圧制御によってクランクシャフトに対する吸気カムシャフトの相対位相角を変更する可変動弁機構を設けることによって、吸気弁５０の開閉時期を任意の時期に制御できるようにしてもよい。
【００３４】
排気動弁装置６は、各気筒１０の排気弁６０を開閉駆動するための装置であって、機関本体１に設けられる。本実施形態による排気動弁装置６は、各気筒１０の排気弁６０を排気行程中に開弁させると共に、必要に応じて吸気行程中にも開弁させることができるように構成される。本実施形態ではこのような排気動弁装置６として、電子制御ユニット２００によって制御される電磁アクチュエータを採用し、各気筒１０の排気弁６０を電磁アクチュエータによって開閉駆動することで、排気弁６０の開閉時期やリフト量を任意の時期及びリフト量に制御している。なお、排気動弁装置６としては、電磁アクチュエータに限らず、例えば油圧等によってカムプロフィールを変更することで排気弁６０の開閉時期やリフト量を変更する動弁装置を採用することもできる。
【００３５】
図１及び図３Ａに示すように、本実施形態による内燃機関１００は、オゾン供給装置として放電プラグ８１をさらに備える。放電プラグ８１は、各気筒１０の燃焼室１１に臨むように、各気筒１０にそれぞれ１つずつ設けられる。放電プラグ８１は、電子制御ユニット２００によって制御され、放電（無声放電やコロナ放電、ストリーマ放電等）によって燃焼室１１内の酸素をオゾンに変換し、燃焼室１１内にオゾンを供給する。
【００３６】
図３Ａに示すように本実施形態では、放電プラグ８１を気筒１０の中心に対して偏りをもって配置すると共に、吸気ポート１４の燃焼室開口部１４ａと排気ポート１５の燃焼室開口部１５ａとの間に配置している。また本実施形態では、吸気ポート１４の一方の燃焼室開口部１４ａから燃焼室１１内に吸入される吸気と、他方の燃焼室開口部１４ｂから燃焼室１１内に吸入される吸気と、が燃焼室１１内で混合されるのを抑制するために、燃焼室開口部１４ａ及び燃焼室開口部１４ｂから燃焼室１１内に吸入される吸気が、それぞれ燃焼室１１内でタンブル流を起こすように吸気ポート１４を形成している。
【００３７】
これにより、放電プラグ８１によって吸気行程中にオゾンを生成することで、燃焼室１１内において、吸気ポート１４の燃焼室開口部１４ａから吸入された吸気が主に存在する領域のオゾン濃度を、吸気ポート１４の燃焼室開口部１４ｂから吸入された吸気が主に存在する領域のオゾン濃度よりも高くすることができる。このように本実施形態では、燃焼室１１内で濃度差が生じるようにオゾンを供給することができるようにしている。
【００３８】
なお、燃焼室１１内で濃度差が生じるようにオゾンを供給する方法は、このような方法以に限られるものではない。
【００３９】
例えば図３Ｂの本実施形態の第１変形例による内燃機関１００のように、主に燃焼室開口部１４ａから燃焼室１１内に吸入される吸気にオゾンが含まれるように、吸気ポート１４に１つの放電プラグ８１を設けても良い。また図３Ｃの本実施形態の第２変形例による内燃機関１００のように、燃焼室開口部１４ａ及び燃焼室開口部１４ｂから燃焼室１１内にそれぞれ吸入される吸気にオゾンが含まれるように２つの放電プラグ８１を設け、各放電プラグ８１によるオゾンの生成量を異ならせるようにしても良い。
【００４０】
また図示はしないが、予め生成しておいたオゾンを噴射弁等によって燃焼室１１内又は吸気ポート１４内に噴射することによって、燃焼室１１内で濃度差が生じるようにオゾンを供給することができるようにオゾン供給装置を構成しても良い。
【００４１】
電子制御ユニット２００は、デジタルコンピュータから構成され、双方性バス２０１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）２０２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２０３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）２０４、入力ポート２０５及び出力ポート２０６を備える。
【００４２】
入力ポート２０５には、前述した燃圧センサ２１１などの出力信号の他にも、機関本体１を冷却する冷却水温を検出するための水温センサ２１９、外気の湿度を検出するための湿度センサ２２０、及び燃料タンク２３に供給された燃料の燃料性状を検出するための燃料性状センサ２２１などの出力信号が、対応する各ＡＤ変換器２０７を介して入力される。また入力ポート２０５には、機関負荷を検出するための信号として、アクセルペダル２３１の踏み込み量（以下「アクセル踏込量」という。）に比例した出力電圧を発生する負荷センサ２１７の出力電圧が、対応するＡＤ変換器２０７を介して入力される。また入力ポート２０５には、機関回転速度などを算出するための信号として、機関本体１のクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ２１８の出力信号が入力される。このように入力ポート２０５には、内燃機関１００を制御するために必要な各種センサの出力信号が入力される。
【００４３】
出力ポート２０６は、対応する駆動回路２０８を介して、燃料噴射弁２０などの各制御部品に接続される。
【００４４】
電子制御ユニット２００は、入力ポート２０５に入力された各種センサの出力信号に基づいて、各制御部品を制御するための制御信号を出力ポート２０６から出力して内燃機関１００を制御する。以下、電子制御ユニット２００が実施する内燃機関１００の制御について説明する。
【００４５】
電子制御ユニット２００は、機関運転状態（機関回転速度及び機関負荷）に基づいて、機関本体１の運転モードを火花点火運転モード（以下「ＳＩ運転モード」という。）、又は圧縮自着火運転モード（以下「ＣＩ運転モード」という。）のいずれかに切り替える。
【００４６】
具体的には電子制御ユニット２００は、機関運転状態が図４に実線で囲まれた自着火領域ＲＲ内にあれば、運転モードをＣＩ運転モードに切り替え、自着火領域ＲＲ以外の領域内にあれば、運転モードをＳＩ運転モードに切り替える。そして電子制御ユニット２００は、各運転モードに応じた燃焼制御を実施する。
【００４７】
電子制御ユニット２００は、運転モードがＳＩ運転モードのときには、基本的に燃焼室１１内に理論空燃比又は理論空燃比近傍の予混合気を形成して点火プラグ１６による点火を行い、その予混合気を火炎伝播燃焼させて機関本体１の運転を行う。
【００４８】
また電子制御ユニット２００は、運転モードがＣＩ運転モードのときには、基本的に燃焼室１１内に理論空燃比よりもリーンな空燃比（例えば３０〜４０程度）の予混合気を形成し、その予混合気を圧縮自着火燃焼させて機関本体１の運転を行う。本実施形態では、予混合気として燃焼室１１内の中央部に可燃層を有し、気筒内壁面の周りに空気層を有する成層予混合気を形成している。なお後述するように、本実施形態では予混合気を燃焼室１１内で圧縮自着火燃焼させるにあたって、スプレーガイドによって燃料の一部を火炎伝播燃焼させ、そのときに生じる熱を用いて筒内温度を強制的に上昇させることで、残りの燃料を圧縮自着火燃焼させる着火アシスト自着火燃焼を実施している。このような着火アシストを実施して予混合気を圧縮自着火燃焼させることで、筒内温度が比較的低い状態であっても予混合気を圧縮自着火燃焼させることが可能になると共に、予混合気の着火時期を任意の時期に制御することが容易となる。
【００４９】
予混合圧縮自着火燃焼は、火炎伝播燃焼と比べて空燃比をリーンにしても実施でき、また圧縮比を高くしても実施できる。そのため、予混合圧縮自着火燃焼を実施することで、燃費を向上させることができると共に、熱効率を向上させることができる。また、予混合圧縮自着火燃焼は、火炎伝播燃焼と比べて燃焼温度が低くなるため、ＮＯｘの発生を抑制することができる。さらに燃料の周りには十分な酸素が存在するため、未燃ＨＣの発生も抑制することができる。
【００５０】
なお、予混合圧縮自着火燃焼を実施するには、予混合気を自着火させることが可能な温度まで筒内温度を上昇させる必要があり、ＳＩ運転モード中のように予混合気を燃焼室１１内で全て火炎伝播燃焼させるときよりも筒内温度を高温にする必要がある。そのため本実施形態では、例えば図５Ａ及び図５Ｂに示すように、ＣＩ運転モード中は、必要に応じて排気弁６０が排気行程の他に吸気行程でも開弁するように排気動弁装置６を制御している。このように、排気弁６０を吸気行程中に再度開弁する排気弁２度開き動作を実施することで、排気行程中に自気筒から排出された高温の排気を直後の吸気行程中に自気筒に吸い戻すことができる。これにより筒内温度を上昇させて、各気筒１０の筒内温度を、予混合圧縮自着火燃焼を実施可能な温度に維持している。
【００５１】
図５Ａに示すように、吸気弁５０のリフト量が小さいときに排気弁６０を開弁すれば、
多量の排気を自気筒に吸い戻すことができるので、筒内温度を大きく上昇させることができる。一方で図５Ｂに示すように、吸気弁５０のリフト量がある程度大きくなった後に排気弁６０を開弁すれば、筒内にある程度空気（新気）が吸入された後に排気が吸い戻されることになるので、自気筒に吸い戻す排気の量を抑えて筒内温度の上昇幅を抑えることができる。このように、排気弁２度開き動作を実施するタイミングに応じて、筒内温度の上昇幅を制御することができる。本実施形態では、筒内ガス量中に占めるＥＧＲガス量及び自気筒に吸い戻された排気の量の割合をＥＧＲ率と称する。
【００５２】
ところで、予混合気を圧縮自着火燃焼させた場合は、燃焼室１１内に拡散させた燃料が多点で同時期に自着火することになる。そのため、予混合気を火炎伝播燃焼させた場合よりも燃焼騒音が増大するという問題がある。
【００５３】
図６は、吸気行程から圧縮行程中の任意の時期（図６の例では−５０［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］）に、燃料噴射弁２０から機関負荷に応じた所定量の燃料を１回だけ噴射して圧縮自着火燃焼を実施した場合のクランク角と熱発生率との関係を示した図である。熱発生率（ｄＱ／ｄθ）［Ｊ／ｄｅｇ．ＣＡ］とは、予混合気の燃焼によって生じる単位クランク角あたりの熱量、すなわち単位クランク角あたりの熱発生量Ｑのことである。なお以下の説明では、このクランク角と熱発生率との関係を示した燃焼波形のことを、必要に応じて「熱発生率パターン」という。
【００５４】
前述したように、予混合気を圧縮自着火燃焼させた場合は、燃焼室１１内に拡散させた燃料が多点で同時期に自着火するので、火炎伝播燃焼させたときよりも燃焼速度が速くなって燃焼期間が短くなる。そのため図６に示すように、予混合気を圧縮自着火燃焼させた場合は、熱発生率パターンのピーク値、及び熱発生率パターンの燃焼初期（図６にハッチングで示した領域）における傾き（ｄ２Ｑ／（ｄθ）２）のそれぞれが比較的大きくなる傾向にある。
【００５５】
燃焼騒音は、この熱発生率パターンのピーク値及び燃焼初期における傾きのそれぞれと相関があり、熱発生率パターンのピーク値が大きくなるほど、またその燃焼初期における傾きが大きくなるほど、大きくなる。そのため、予混合気を圧縮自着火燃焼させた場合は、予混合気を火炎伝播燃焼させたときよりも、燃焼騒音が増大するのである。
【００５６】
ここで、熱発生率パターンのピーク値及び燃焼初期における傾きのそれぞれを小さくして燃焼騒音を小さくする方法としては、燃焼室１１内において濃度差が生じるようにオゾンを供給することで、時間差を設けて段階的に圧縮自着火燃焼を生じさせる方法がある。
【００５７】
燃焼室１１内に供給されたオゾンは、燃焼室１１内の温度が所定温度（例えば５００［Ｋ］から６００［Ｋ］程度）まで上昇すると分解されて、活性種の一種である酸素ラジカルを発生させる。酸素ラジカルは、燃料分子に作用することで燃料の自着火性を高めることが知られており、燃焼室１１内に存在する酸素ラジカル量が多くなるほど、予混合気の自着火時期が早くなる。
【００５８】
したがって、燃焼室１１内において濃度差が生じるようにオゾンを供給することで、燃焼室１１内で相対的にオゾン濃度が高い領域に存在する予混合気の自着火時期に対して、燃焼室１１内で相対的にオゾン濃度が低い領域に存在する予混合気の自着火時期を遅くすることができる。すなわち、燃焼室１１内において濃度差が生じるようにオゾンを供給することで、時間差を設けて段階的に圧縮自着火燃焼を生じさせることができる。
【００５９】
図７は、燃焼室１１内において濃度差が生じるように吸気行程中にオゾンを供給しつつ、燃料噴射弁２０から噴射する燃料の総量を変化させることなく着火アシスト自着火燃焼を実施した場合のクランク角と熱発生率との関係を示した図である。
【００６０】
図７において、熱発生率パターンＡは、燃焼室１１内で相対的にオゾン濃度が高い領域に存在する予混合気が圧縮自着火燃焼したときの熱発生率パターンである。熱発生率パターンＢは、燃焼室１１内で相対的にオゾン濃度が低い領域に存在する予混合気が圧縮自着火燃焼したときの熱発生率パターンである。熱発生率パターンＣは、熱発生率パターンＡと熱発率パターンＢとを足し合わせた実際の熱発生率パターンである。熱発生率パターンＤは、比較のために示した図６の熱発生率パターンである。
【００６１】
図７に示すように、着火アシストを実施して予混合気を圧縮自着火燃焼させる場合は、まず燃料噴射弁２０からメイン燃料と着火アシスト燃料とを順次噴射する。そしてメイン燃料の噴射を吸気行程から圧縮行程中の任意の時期（図７の例では−５０［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］）に実施して燃焼室内に予混合気を形成する。また着火アシスト燃料の噴射を、メイン燃料を噴射した後の圧縮行程後半の任意の時期（図７の例では−１０［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］）に実施して、点火プラグ周りにこの予混合気よりもリッチな空燃比のリッチ混合気を形成する。なお、図７に示した例では、メイン燃料を圧縮行程中に１度だけ噴射する形態を示しているが、複数回に分けて噴射する形態としても良い。
【００６２】
次に、着火アシスト燃料を噴射した後の圧縮行程後半の任意の時期（図７に示す着火アシスト時期）に、このリッチ混合気に対して点火プラグ１６による点火（着火アシスト）を行って、主にこのリッチ混合気（着火アシスト燃料）を火炎伝播燃焼させ、そのときに生じる熱を用いて筒内温度を強制的に上昇させることで、予混合気（メイン燃料）を圧縮自着火燃焼させる。このような着火アシストを実施して予混合気を圧縮自着火燃焼させることで、筒内温度が比較的低い状態であっても予混合気を圧縮自着火燃焼させることが可能になると共に、予混合気の着火時期を任意の時期に制御することが容易となる。また、燃料の一部を火炎伝播燃焼させるので、圧縮自着火燃焼によって消費される燃料量が少なくなる。そのため、全ての燃料を予混合圧縮自着火燃焼によって消費させる場合と比較して燃焼騒音を下げることができる。
【００６３】
このとき、燃焼室１１内において濃度差が生じるようにオゾンが供給されていると、熱発生率パターンＡに示すように、燃焼室１１内で相対的にオゾン濃度が高い領域に存在する予混合気が先に自着火を起こす。そして、熱発生率パターンＢに示すように、燃焼室１１内で相対的にオゾン濃度が低い領域に存在する予混合気が遅れて自着火を起こす。
【００６４】
熱発生率パターンＡ及び熱発生率パターンＢのそれぞれのピーク値及び燃焼初期における傾きは、熱発生率パターンＤのピーク値及び燃焼初期における傾きよりも小さくなる。これは、図６の場合も図７の場合も燃料噴射量の総量は変わらないので、熱発生率パターンＤの形成に寄与する燃料の量と比較して、熱発生率パターンＡの形成に寄与する燃料の量、及び熱発生率パターンＢの形成に寄与する燃料の量はそれぞれ少なくなり、同時期に着火する燃料の量が分散されるためである。その結果、図７に示すように、実際の燃焼波形である熱発生率パターンＣのピーク値及び燃焼初期（図７にハッチングで示した領域）における傾きも、熱発生率パターンＤのピーク値及び燃焼初期における傾きよりも小さくなる。したがって、このように時間差を設けて段階的に圧縮自着火燃焼を生じさせることで、燃焼騒音を低減させることができる。
【００６５】
ここで着火アシスト自着火燃焼を実施する場合は、機関運転状態に応じてメイン燃料の噴射量及び噴射時期と、着火アシスト燃料の噴射量、噴射時期及び着火アシスト時期の目標値がそれぞれ設定され、各目標値に応じて燃料噴射弁２０及び点火プラグ１６が制御される。また、圧縮自着火燃焼に影響を与える各種のパラメータ（例えば吸気温や吸気圧、吸気弁閉時期、ＥＧＲ率、冷却水温など）も、それぞれ機関運転状態に応じた目標値に制御される。
【００６６】
しかしながら、機関運転中においては、過渡的にこれらの各パラメータがそれぞれ機関運転状態に応じた目標値に制御されていない状態になる場合がある。このような場合には、自着火時期が想定していた自着火時期（目標自着火時期）よりも進角又は遅角することがある。また、これらの各パラメータがそれぞれ機関運転状態に応じた目標値に制御されていたとしても、例えば外気の湿度や燃料性状によっては、自着火時期が目標自着火時期よりも進角又は遅角することがある。
【００６７】
このように自着火時期が目標自着火時期よりも進角又は遅角すると、燃焼騒音の増大や出力の低下、排気エミッションの悪化を招くおそれがある。
【００６８】
例えば吸気温が目標値よりも高温になっている場合は、吸気温が目標値に制御されているときと比較して、同じクランク角における筒内温度が高くなる。そのため、着火アシスト時期が同じでも、吸気温が目標値に制御されているときと比較して、自着火時期が進角する。そうすると、火炎伝播燃焼によって消費される燃料量が想定よりも減少する一方で、予混合圧縮自着火燃焼によって消費される燃料量が想定よりも増加することになる。
【００６９】
その結果、燃焼室１１内におけるオゾン濃度差が同じでも、予混合圧縮自着火燃焼によって消費される燃料量が想定よりも増加する分だけ、燃焼室１１内で相対的にオゾン濃度が高い領域に存在する予混合気の自着火時期と、燃焼室１１内で相対的にオゾン濃度が低い領域に存在する予混合気の自着火時期と、に時間差がつきにくくなる。すなわち、燃焼室１１内で相対的にオゾン濃度が高い領域に存在する予混合気の自着火時期と、燃焼室１１内で相対的にオゾン濃度が低い領域に存在する予混合気の自着火時期と、の間隔が短くなってしまい、熱発生率パターンのピーク値及び燃焼初期における傾きの抑制効果が少なくなって燃焼騒音を十分に低減させることができなくなってしまうおそれがある。
【００７０】
一方で、例えば吸気温が目標値よりも低温になっている場合は、吸気温が目標値に制御されているときと比較して、同じクランク角における筒内温度が低くなる。そのため、着火アシスト時期が同じでも、吸気温が目標値に制御されているときと比較して、自着火時期が遅角する。そうすると、火炎伝播燃焼によって消費される燃料量が想定よりも増加する一方で、予混合圧縮自着火燃焼によって消費される燃料量が想定よりも減少することになる。
【００７１】
その結果、燃焼室１１内におけるオゾン濃度差が同じでも、予混合圧縮自着火燃焼によって消費される燃料量が想定よりも減少する分だけ、燃焼室１１内で相対的にオゾン濃度が高い領域に存在する予混合気の自着火時期と、燃焼室１１内で相対的にオゾン濃度が低い領域に存在する予混合気の自着火時期と、の間隔が長くなってしまう。そのため、熱発生率パターンの燃焼重心位置（燃料の燃焼割合が５０％となる位置であり、概ね熱発生率がピーク値になる位置）が遅角し過ぎて出力が低下するおそれがある。また、火炎伝播燃焼によって消費される燃料量が想定よりも増加するため、ＮＯｘが増加して排気エミッションが悪化するおそれがある。
【００７２】
そこで本実施形態では、自着火時期が目標自着火時期よりも進角又は遅角すると予想される場合には、着火アシスト燃料の噴射量、噴射時期及び着火アシスト時期を制御することで自着火時期を目標自着火時期に制御すると共に、所望の時間差をもって段階的に圧縮自着火燃焼が生じるように、メイン燃料の噴射量に応じてオゾン供給量を制御することとした。
【００７３】
以下、この本実施形態によるＣＩ運転モード中における燃焼制御及びオゾン供給制御について説明する。
【００７４】
図８Ａ及び図８Ｂは、本実施形態によるＣＩ運転モード中の燃焼制御及びオゾン供給制御について説明するフローチャートである。電子制御ユニット２００は、本ルーチンをＣＩ運転モード中に所定の演算周期（例えば１０［ｍｓ］）で繰り返し実行する。
【００７５】
ステップＳ１において、電子制御ユニット２００は、クランク角センサ２１８の出力信号に基づいて算出された機関回転速度と、負荷センサ２１７によって検出された機関負荷と、を読み込み、機関運転状態を検出する。
【００７６】
ステップＳ２において、電子制御ユニット２００は、予め実験等によって作成されたテーブルを参照し、機関負荷に基づいて、総燃料噴射量ＱＩＮＪを算出する。総燃料噴射量ＱＩＮＪは、機関負荷が高くなるほど多くなる。
【００７７】
ステップＳ３において、電子制御ユニット２００は、予め実験等によって作成された図９のマップを参照し、機関運転状態に基づいて、着火アシスト燃料の噴射比率Ｒ［％］を算出する。図９のマップに示すように、着火アシスト燃料の噴射比率Ｒは、機関負荷が高くなるほど低くなり、機関回転速度が高くなるほど高くなる。
【００７８】
ステップＳ４において、電子制御ユニット２００は、総燃料噴射量ＱＩＮＪに着火アシスト燃料の噴射比率Ｒを乗じることで、着火アシスト燃料の目標噴射量ＱＩＮＪ２を算出する。また電子制御ユニット２００は、総燃料噴射量ＱＩＮＪから着火アシスト燃料の目標噴射量ＱＩＮＪ２を減じることで、メイン燃料の目標噴射量ＱＩＮＪ１を算出する。
【００７９】
ステップＳ５において、電子制御ユニット２００は、予め実験等によって作成されたマップを参照し、機関運転状態に基づいて、メイン燃料の目標噴射時期ＡＩＮＪ１、着火アシスト燃料の目標噴射時期ＡＩＮＪ２、及び点火プラグ１６による目標着火アシスト時期ＩＧをそれぞれ算出する。
【００８０】
本実施形態では、メイン燃料の目標噴射時期ＡＩＮＪ１は、運転状態に基づいて圧縮行程後半の任意の時期（例えば３０［ｄｅｇ．ＢＴＤＣ］から８０［ｄｅｇ．ＢＴＤＣ］程度）に設定される。
【００８１】
また本実施形態では、着火アシスト燃料の目標噴射時期ＡＩＮＪ２は、機関運転状態に基づいてメイン燃料の目標噴射時期ＡＩＮＪ１よりも遅角側の圧縮行程後半の任意の時期（例えば１０［ｄｅｇ．ＢＴＤＣ］から３５［ｄｅｇ．ＢＴＤＣ］程度）に設定される。
【００８２】
また本実施形態では、目標着火アシスト時期ＩＧは、機関運転状態に基づいて、着火アシスト燃料の目標噴射時期ＡＩＮＪ２よりも進角側又は遅角側の時期であって、着火アシスト燃料の目標噴射時期ＡＩＮＪ２の近傍の任意の時期（例えば着火アシスト燃料の目標噴射時期ＡＩＮＪ２が１５［ｄｅｇ．ＢＴＤＣ］であれば、１８［ｄｅｇ．ＢＴＤＣ］から１０［ｄｅｇ．ＢＴＤＣ］程度）に設定される。
【００８３】
なお電子制御ユニット２００は、これらメイン燃料の目標噴射時期ＡＩＮＪ１などの目標値以外にも、本フローチャートとは別途に目標吸気温や目標吸気圧、目標吸気弁閉時期といった吸排気弁の目標バルブタイミングなどを機関運転状態に基づいて算出しており、算出した目標値となるように各種の制御部品を制御している。
【００８４】
ステップＳ６において、電子制御ユニット２００は、目標吸気弁閉時期における筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔ、すなわち初期筒内状態を推定する。本実施形態では電子制御ユニット２００は、初期筒内状態の推定モデルを用いて初期筒内状態を推定する。初期筒内状態の推定モデルは、吸気量や吸気温、吸気圧、機関冷却水温などの筒内状態に影響を与えるパラメータを入力値として、目標吸気弁閉時期における筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔを推定する物理演算モデルである。
【００８５】
ステップＳ７において、電子制御ユニット２００は、着火アシスト自着火燃焼を行った場合におけるメイン燃料の目標噴射時期ＡＩＮＪ１からの筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔの推移を算出する。
【００８６】
本実施形態では電子制御ユニット２００は、まず筒内状態の推移モデルを用いて、吸気弁閉時期からの筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔの推移を推定する。筒内状態の推移モデルは、初期筒内状態から筒内状態がどのように変化していくかを推定するための物理演算モデルであり、目標吸気弁閉時期における筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔを入力値とし、圧縮行程中の筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔがポリトロープ変化すると仮定して、目標吸気弁閉時期からの筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔの推移を推定する。
【００８７】
ここで着火アシストを実施した場合は、筒内状態の推移モデルを用いて推定した吸気弁閉時期からの筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔの推移に対し、着火アシストによって生じる熱量分だけ目標着火アシスト時期からの筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔの推移が変化する。
【００８８】
そこで電子制御ユニット２００は、次に、着火アシスト燃料の目標噴射量ＱＩＮＪ２、目標噴射時期ＡＩＮＪ２、及び点火プラグ１６による目標着火アシスト時期ＩＧに基づいて、目標着火アシスト時期ＡＩＮＪ２からの筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔの推移を補正して、着火アシスト自着火燃焼を行った場合におけるメイン燃料の目標噴射時期ＡＩＮＪ１からの筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔの推移を算出する。
【００８９】
ステップＳ８において、電子制御ユニット２００は、着火アシスト自着火燃焼を行った場合におけるメイン燃料の目標噴射時期ＡＩＮＪ１からの筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔの推移を用い、Livengood-Wuの積分式に基づく下記の（１）式から、予混合気の予想自着火時期［ｄｅｇ．ＣＡ］を算出する。
【数１】
2018040264.tif 000003
【００９０】
（１）式のτは、燃焼室１１内に噴射された燃料が自着火に至るまでの時間（以下「着火遅れ時間」という。）である。Ｐは筒内圧力、Ｔは筒内温度、φは当量比、ＯＮはオクタン価、ＲＥＳは不活性ガス濃度、Ｅは活性化エネルギ、Ｒは一般ガス定数である。Ａ、α、β、γ、δ（Ａ、α、β、δ＞０、γ＜０）は、それぞれ同定定数である。本実施形態では、オクタン価ＯＮの値を燃料性状センサ２２１の検出値に基づいて設定し、不活性ガス濃度の値をＥＧＲ率及び湿度センサ２２０の検出値に基づいて設定している。
【００９１】
（１）式において、燃料を噴射してからの着火遅れ時間の逆数（１／τ）を時間積分したときに、積分値が１となる時間ｔｅが着火遅れ時間τとなる。したがって、筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔにおける着火遅れ時間の逆数（１／τ）を、メイン燃料の噴射時期ＡＩＮＪ１から時間積分したときに、積分値が１となる時間ｔｅに相当するクランク角度量をメイン燃料の噴射時期に加えた時期が、予混合気の予想自着火時期となる。
【００９２】
ステップＳ９において、電子制御ユニット２００は、予め実験等によって作成されたマップを参照し、機関運転状態に基づいて、目標自着火時期［ｄｅｇ．ＣＡ］を算出する。
【００９３】
ステップＳ１０において、電子制御ユニット２００は、目標自着火時期に対する予想自着火時期の進角側へのズレ量（以下「進角ズレ量」という。）Ｔｉｇａ（＝目標自着火時期−予想自着火時期）［ｄｅｇ．ＣＡ］が所定の第１閾値よりも大きいか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、進角ズレ量Ｔｉｇａが第１閾値よりも大きければ、予想自着火時期を目標自着火時期まで遅角させるべく、ステップＳ１１の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、進角ズレ量Ｔｉｇａが第１閾値以下であれば、ステップＳ１５の処理に進む。
【００９４】
ステップＳ１１において、電子制御ユニット２００は、予想自着火時期が目標自着火時期となるように、進角ズレ量Ｔｉｇａに基づいて、着火アシスト燃料の噴射比率Ｒ、着火アシスト燃料の目標噴射時期ＡＩＮＪ２、及び目標着火アシスト時期ＩＧを補正する。
【００９５】
具体的には電子制御ユニット２００は、図１０のテーブルを参照し、進角ズレ量Ｔｉｇａに基づいて、着火アシスト燃料の噴射比率Ｒに乗じる補正係数αと、着火アシスト燃料の目標噴射時期ＡＩＮＪ２、及び目標着火アシスト時期ＩＧに加算する遅角補正量β［ｄｅｇ．ＣＡ］と、を算出する。図１０のテーブルに示すように、補正係数は、進角ズレ量Ｔｉｇａが第１閾値よりも大きくなるほど、１よりも小さくなる。これは、進角ズレ量Ｔｉｇａが大きくなるほど、着火アシスト燃料を燃焼させた場合に生じる熱量を小さくして、自着火時期を遅角させる必要があるためである。遅角補正量は、補正係数が０になるまでは０となり、補正係数が０になった後は、進角ズレ量Ｔｉｇａが大きくなるほど大きくなる。
【００９６】
そして電子制御ユニット２００は、着火アシスト燃料の噴射比率Ｒに補正係数αを乗じたものを、着火アシスト燃料の補正噴射比率Ｒ’として算出する。また着火アシスト燃料の目標噴射時期ＡＩＮＪ２、及び目標着火アシスト時期ＩＧに遅角補正量βを加算したものを、それぞれ着火アシスト燃料の補正目標噴射時期ＡＩＮＪ２’、及び補正目標着火アシスト時期ＩＧ’として算出する。
【００９７】
このように予想自着火時期が目標自着火時期よりも進角したときは、基本的に着火アシスト燃料を少なくして予想自着火時期を目標自着火時期に制御するようにしている。これにより、火炎伝播燃焼によって消費される燃料量を少なくすることができるため、排気エミッションの悪化を抑制することができる。
【００９８】
ステップＳ１２において、電子制御ユニット２００は、総燃料噴射量ＱＩＮＪに着火アシスト燃料の補正噴射比率Ｒ’を乗じることで、着火アシスト燃料の補正目標噴射量ＱＩＮＪ２’を算出すると共に、総燃料噴射量ＱＩＮＪから着火アシスト燃料の補正目標噴射量ＱＩＮＪ２’を減じることで、メイン燃料の補正目標噴射量ＱＩＮＪ１’を算出する。
【００９９】
ステップＳ１３において、電子制御ユニット２００は、図１１のマップを参照し、機関回転速度と、メイン燃料の補正目標噴射量ＱＩＮＪ１’と、に基づいて、目標オゾン供給量ＱＯＺＮを算出する。図１１のマップに示すように、目標オゾン供給量ＱＯＺＮは、メイン燃料の補正目標噴射量ＱＩＮＪ１’が多くなるほど多くなり、機関回転速度が高くなるほど少なくなる。このように、基本的にメイン燃料の補正目標噴射量ＱＩＮＪ１’、すなわち圧縮自着火燃焼に寄与する燃料量に応じて目標オゾン供給量ＱＯＺＮを設定することで、所望の時間差をもって段階的に圧縮自着火燃焼を起こすことができる。その結果、予想自着火時期が目標自着火時期よりも進角していた場合には、燃焼騒音の悪化を抑制することができる。また予想自着火時期が目標自着火時期よりも遅角していた場合には出力の低下や排気エミッションの悪化を抑制することができる。
【０１００】
ステップＳ１４において、電子制御ユニット２００は、燃焼室１１内へのオゾン供給量が目標オゾン供給量ＱＯＺＮとなるように放電プラグ８１を制御する。また電子制御ユニット２００は、メイン燃料の目標噴射時期ＡＩＮＪ１に補正目標噴射量ＱＩＮＪ１’を噴射し、着火アシスト燃料の補正目標噴射時期ＡＩＮＪ２’に補正目標噴射量ＱＩＮＪ２’を噴射すると共に補正目標着火アシスト時期ＩＧ’に点火を行って着火アシスト自着火燃焼を実施する。
【０１０１】
ステップＳ１５において、電子制御ユニット２００は、目標自着火時期に対する予想自着火時期の遅角側へのズレ量（以下「遅角ズレ量」という。）Ｔｉｇｒ（＝予想自着火時期−目標自着火時期）［ｄｅｇ．ＣＡ］が所定の第２閾値よりも大きいか否かを判定する。本実施形態では、第１閾値と第２閾値とを同じ値としているが、異なる値としても良い。電子制御ユニット２００は、遅角ズレ量Ｔｉｇｒが第２閾値よりも大きければ、予想自着火時期を目標自着火時期まで進角させるべく、ステップＳ１６の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、遅角ズレ量Ｔｉｇｒが第２閾値以下であれば、ステップＳ１７の処理に進む。
【０１０２】
ステップＳ１６において、電子制御ユニット２００は、自着火時期が目標自着火時期になるように、遅角ズレ量Ｔｉｇｒに基づいて、着火アシスト燃料の噴射比率Ｒ、着火アシスト燃料の目標噴射時期ＡＩＮＪ２、及び目標着火アシスト時期ＩＧを補正する。
【０１０３】
具体的には電子制御ユニット２００は、図１２のテーブルを参照し、遅角ズレ量Ｔｉｇｒに基づいて、着火アシスト燃料の噴射比率に乗じる補正係数αと、着火アシスト燃料の目標噴射時期ＡＩＮＪ２、及び目標着火アシスト時期ＩＧから減算する進角補正量γ［ｄｅｇ．ＣＡ］と、を算出する。図１２のテーブルに示すように、進角補正量γは、遅角ズレ量Ｔｉｇｒが第２閾値から大きくなるほど大きくなり、遅角ズレ量Ｔｉｇｒがある一定値まで大きくなると一定となる。これは、着火アシスト燃料の目標噴射時期ＡＩＮＪ２、及び目標着火アシスト時期ＩＧを進角させ過ぎると、着火アシスト燃料が拡散し過ぎて点火プラグ周りに所望の当量比のリッチ混合気を形成できなくなり、着火アシスト自着火燃焼を実施することができなくなるためである。補正係数αは、遅角ズレ量Ｔｉｇｒがある一定値まで大きくなるまでは１に設定され、その後は遅角ズレ量Ｔｉｇｒが大きくなるほど１よりも大きくなる。
【０１０４】
そして電子制御ユニット２００は、着火アシスト燃料の噴射比率Ｒに補正係数αを乗じたものを、着火アシスト燃料の補正噴射比率Ｒ’として算出する。また着火アシスト燃料の目標噴射時期ＡＩＮＪ２、及び目標着火アシスト時期ＩＧに進角補正量γを加算したものを、それぞれ着火アシスト燃料の補正目標噴射時期ＡＩＮＪ２’、及び補正目標着火アシスト時期ＩＧ’として算出する。
【０１０５】
ステップＳ１７において、電子制御ユニット２００は、図１１のマップを参照し、機関回転速度と、メイン燃料の目標噴射量ＱＩＮＪ１と、に基づいて、目標オゾン供給量ＱＯＺＮを算出する。
【０１０６】
ステップＳ１８において、電子制御ユニット２００は、燃焼室１１内へのオゾン供給量が目標オゾン供給量ＱＯＺＮとなるように放電プラグ８１を制御する。また電子制御ユニット２００は、メイン燃料の目標噴射時期ＡＩＮＪ１に目標噴射量ＱＩＮＪ１を噴射し、着火アシスト燃料の目標噴射時期ＡＩＮＪ２に目標噴射量ＱＩＮＪ２を噴射すると共に目標着火アシスト時期ＩＧに点火を行って着火アシスト自着火燃焼を実施する。
【０１０７】
以上説明した本実施形態によれば、機関本体１と、機関本体１の燃焼室１１に直接燃料を噴射するための燃料噴射弁２０と、燃焼室１１内に臨むように配置された点火プラグ１６と、燃焼室内において濃度差が生じるように、燃焼室１１に直接又は間接的にオゾンを供給するためのオゾン供給装置よして放電プラグ８１と、を備える内燃機関１００を制御する電子制御ユニット２００（制御装置）が、燃料の一部を点火プラグ１６によって火炎伝播燃焼させ、そのときに生じる熱を用いて残りの燃料を予混合圧縮自着火燃焼させる着火アシスト自着火燃焼が燃焼室１１内で生じるように、燃料噴射弁２０の噴射量及び噴射時期と点火プラグ１６の点火時期とを制御する燃焼制御部と、オゾン供給装置による燃焼室１１へのオゾン供給量を制御するオゾン供給量制御部と、を備える。そして燃焼制御部は、着火アシスト自着火燃焼を実施した場合の予想自着火時期が目標自着火時期となるように、燃料噴射弁２０の噴射量及び噴射時期と点火プラグ１６の点火時期とを制御し、オゾン供給量制御部は、予混合圧縮自着火燃焼させる残りの燃料の量に基づいて、オゾン供給量を制御するように構成されている。
【０１０８】
そのため、外気温の変化等によって通常であれば予混合気の圧縮自着火時期が目標自着火時期に対してずれるような状況となった場合においても、予想自着火時期が目標自着火時期となるように、燃料噴射弁２０の噴射量及び噴射時期と点火プラグ１６の点火時期とが制御されるため、予混合気の圧縮自着火時期を精度良く目標自着火時期に制御することができる。そして、予混合圧縮自着火燃焼させる残りの燃料の量、すなわち予混合圧縮自着火燃焼に寄与するメイン燃料に基づいてオゾン供給量が制御されるため、予混合気の圧縮自着火時期に所望の時間差を生じさせて熱発生時期を分散させることができる。
【０１０９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【０１１０】
例えば上記の実施形態では、自着火領域ＲＲ内の全領域で、燃焼室１１内で濃度差が生じるようにオゾンを供給することで、時間差を設けて段階的に圧縮自着火燃焼を生じさせて燃焼騒音を抑制していた。しかしながら、機関負荷が所定負荷未満のとき、すなわち総燃料噴射量ＱＩＮＪが所定量未満のときには、総燃料噴射量ＱＩＮＪを１度に圧縮自着火燃焼させたとしても、その総量が少ないために、燃焼騒音が問題とならない場合がある。このような場合には、機関負荷が所定負荷以上のときに燃焼室１１内で濃度差が生じるようにオゾンを供給するようにして、所定負荷未満のときにはオゾンの供給を停止するようにしても良い。
【符号の説明】
【０１１１】
１    機関本体
１１    燃焼室
１６    点火プラグ
２０    燃料噴射弁
８１    放電プラグ（オゾン供給装置）
１００    内燃機関
２００    電子制御ユニット（制御装置）
【図１】
2018040264.tif 000004
【図２】
2018040264.tif 000005
【図３Ａ】
2018040264.tif 000006
【図３Ｂ】
2018040264.tif 000007
【図３Ｃ】
2018040264.tif 000008
【図４】
2018040264.tif 000009
【図５Ａ】
2018040264.tif 000010
【図５Ｂ】
2018040264.tif 000011
【図６】
2018040264.tif 000012
【図７】
2018040264.tif 000013
【図８Ａ】
2018040264.tif 000014
【図８Ｂ】
2018040264.tif 000015
【図９】
2018040264.tif 000016
【図１０】
2018040264.tif 000017
【図１１】
2018040264.tif 000018
【図１２】
2018040264.tif 000019