(57)【要約】【課題】着火アシスト自着火燃焼を実施したときの燃焼騒音を抑制する。【解決手段】内燃機関１００の制御装置２００が、所定の運転領域において予混合気の圧縮自着火燃焼が可能なときに、燃料の一部を複数の点火プラグ１６，１７のうちの少なくとも１つによって点火し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と点火プラグ１６，１７を制御する燃焼制御部を備える。燃焼制御部は、運転領域の低負荷側では、燃料の一部を複数の点火プラグ１６，１７のうちの１つによって点火して火炎伝播燃焼させ、運転領域の高負荷側では、燃料の一部を複数の点火プラグ１６，１７によって点火して火炎伝播燃焼させる。【選択図】図１
2018040263.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複数の点火プラグと、
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、
所定の運転領域において予混合気の圧縮自着火燃焼が可能なときに、燃料の一部を前記複数の点火プラグのうちの少なくとも１つによって点火し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、前記燃料噴射弁と前記点火プラグを制御する燃焼制御部を備え、
前記燃焼制御部は、
前記運転領域の低負荷側では、燃料の一部を前記複数の点火プラグのうちの１つによって点火して火炎伝播燃焼させ、前記運転領域の高負荷側では、燃料の一部を前記複数の点火プラグによって点火して火炎伝播燃焼させる、
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、予混合気を燃焼室内で圧縮自着火燃焼させるにあたって、燃料の一部を点火プラグによって点火し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圧縮自着火燃焼させる着火アシスト自着火燃焼を実施するように構成されたものが開示されている。このように燃料の一部を火炎伝播燃焼させることで、圧縮自着火燃焼によって消費される燃料量を制限して圧縮自着火燃焼による熱発生割合を抑えることができる。そのため、全ての燃料を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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２４１５９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
予混合気を燃焼室内で圧縮自着火燃焼させる場合、自着火時期を目標自着火時期に制御するために、ＥＧＲガスを燃焼室内に導入して着火遅れ時間の調節が行われるが、機関負荷が高くなって燃焼室内に導入されるＥＧＲガス量が多くなるほど、火炎伝播燃焼の燃焼速度が遅くなる。そのため、機関高負荷側では着火アシストを実施した際の火炎伝播燃焼による熱発生割合が低下して、燃焼騒音が大きくなるおそれがある。
【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、着火アシスト自着火燃焼を実施した場合の燃焼騒音を抑制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複数の点火プラグと、を備える内燃機関を制御する内燃機関の制御装置が、所定の運転領域において予混合気の圧縮自着火燃焼が可能なときに、燃料の一部を複数の点火プラグのうちの少なくとも１つによって点火し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、燃料噴射弁と点火プラグを制御する燃焼制御部と、を備える。そして燃焼制御部は、運転領域の低負荷側では、燃料の一部を複数の点火プラグのうちの１つによって点火して火炎伝播燃焼させ、運転領域の高負荷側では燃料の一部を複数の点火プラグによって点火して火炎伝播燃焼させ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、着火アシスト自着火燃焼を実施した場合の燃焼騒音を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の第１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、本発明の第１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、機関本体の温度が暖機完了温度以上のときに選択される運転領域マップである。
【図３Ｂ】図３Ｂは、機関本体の温度が暖機完了温度未満のときに選択される運転領域マップである。
【図４】図４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５】図５は、１点点火によって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６】図６は、自着火領域内の高負荷側において、１点点火及び２点点火によって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それぞれ示した図である。
【図７Ａ】図７Ａは、機関負荷を一定として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筒内圧との関係を、機関回転速度が低回転のときと高回転のときとで比較して示した図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、機関負荷を一定として着火アシスト自着火燃焼を実施した場合の時間と筒内圧との関係を、機関回転速度が低回転のときと高回転のときとで比較して示した図である。
【図８】図８は、本発明の第１実施形態による燃焼制御について説明するフローチャートである。
【図９Ａ】図９Ａは、ＣＩ運転モード中の本発明の第２実施形態による詳細な燃焼制御について説明するフローチャートである。
【図９Ｂ】図９Ｂは、ＣＩ運転モード中の本発明の第２実施形態による詳細な燃焼制御について説明するフローチャートである。
【図１０】図１０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１１】図１１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】
（第１実施形態）
まず、図１及び図２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。
【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、気筒毎に第１点火プラグ１６及び第２点火プラグ１７の２つの点火プラグが、各気筒１０の燃焼室１１に臨むように設けられる。また機関本体１には、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。
【００１３】
また図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。
【００１４】
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。
【００１５】
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、第１点火プラグ１６の電極部１６ａ、及び第２点火プラグ１７の電極部１７ａのそれぞれが、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、燃料噴射弁２０に対して対称に第１点火プラグ１６と第２点火プラグ１７が設けられる。これにより、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ことが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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。本明細書では、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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
電子制御ユニット２００は、機関本体１の温度（本実施形態では冷却水温）が所定の暖機完了温度以上のときには、図３Ａの運転領域マップを参照し、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。具体的には電子制御ユニット２００は、図３Ａの運転領域マップにおいて、機関運転状態が実線で囲まれた自着火領域内にあれば、運転モードをＣＩ運転モードに切り替え、自着火領域外にあれば、運転モードをＳＩ運転モードに切り替える。
【００４１】
一方で電子制御ユニット２００は、機関本体１の温度が暖機完了温度未満のときには、図３Ｂの運転領域マップに示すように、機関運転状態にかかわらず機関本体１の運転モードをＳＩ運転モードに切り替える。すなわち電子制御ユニット２００は、機関本体１の温度が暖機完了温度未満のときには、全運転領域で機関本体１の運転モードをＳＩ運転モードに設定する。
【００４２】
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、すなわち燃料供給装置６、第１点火プラグ１６、及び第２点火プラグ１７の制御を実施し、その際、図３Ａ及び図３Ｂの運転領域マップに示すように、機関運転状態に基づいて点火方法を１点点火、又は２点点火のいずれかに切り替える。１点点火とは、第１点火プラグ１６及び第２点火プラグ１７のいずれか一方のみを使用して点火を行うことをいい、２点点火とは、第１点火プラグ１６及び第２点火プラグ１７の双方を使用して点火を行うことをいう。
【００４３】
電子制御ユニット２００は、運転モードがＳＩ運転モードに設定されているときには、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、機関運転状態に応じて１点点火又は２点点火を実施して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。具体的には電子制御ユニット２００は、運転モードがＳＩ運転モードに設定されているときには、低負荷側の運転領域で１点点火を実施し、高負荷側の運転領域で２点点火を実施する。
【００４４】
そして本実施形態では、図３Ａ及び図３Ｂの運転領域マップに示すように、運転モードがＳＩ運転モードに設定されているときは、１点点火と２点点火とを切り替える機関負荷を、機関回転速度が高くなるほど高くしている。以下、その理由について説明する。
【００４５】
第１点火プラグ１６及び第２点火プラグ１７の双方を使用して点火を行う２点点火は、燃焼室１１内の２か所で予混合気に対する点火が行われるため、１点点火を実施した場合よりも火炎伝播燃焼の燃焼速度が速くなり、１点点火よりも予混合気の急速燃焼が可能となる。
【００４６】
ここで予混合気を火炎伝播燃焼させて機関本体１の運転を行う場合、燃焼室１１内において点火プラグから離れた場所に位置して点火プラグからの火炎伝播が届きにくい未燃予混合気（エンドガス）が、火炎伝播が届く前に高温・高圧となって自着火してしまうノッキングの発生を抑制する必要がある。ノッキングは、低回転・高負荷領域で発生しやすく、ノッキングの発生を抑制するには、未燃予混合気が自着火する前に火炎伝播燃焼を完了させる必要がある。
【００４７】
そこで本実施形態では、１点点火と２点点火とを切り替える機関負荷を機関回転速度が高くなるほど高くして、ノッキングが発生しやすい運転領域で２点点火を実施するようにしている。ノッキングが発生しやすい運転領域で２点点火を実施することで、火炎伝播燃焼を急速に行うことができるので、ノッキングの発生を抑制できる。
【００４８】
また電子制御ユニット２００は、運転モードがＣＩ運転モードに設定されているときには、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。
【００４９】
このとき本実施形態では、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、機関運転状態に応じて１点点火又は２点点火を実施し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。そして図３Ａの運転領域マップに示すように、運転モードがＣＩ運転モードに設定されているときは、自着火領域内の低負荷側で１点点火を実施し、高負荷側で２点点火を実施して着火アシスト自着火燃焼を行うと共に、自着火領域内では１点点火と２点点火とを切り替える機関負荷を、機関回転速度が高くなるほど低くしている。
【００５０】
以下、自着火領域で着火アシスト自着火燃焼を実施する理由について説明した後、自着火領域内の低負荷側で１点点火を実施し、高負荷側で２点点火を実施して着火アシスト自着火燃焼を行うと共に、自着火領域内では１点点火と２点点火とを切り替える機関負荷を、機関回転速度が高くなるほど低くしている理由について説明する。
【００５１】
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。
【００５２】
しかしながら、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４は、吸気行程から圧縮行程中の任意の時期（図４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４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４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】
そこで本実施形態では、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ために、自着火領域内において着火アシスト自着火燃焼を実施している。着火アシストを実施して燃料の一部を火炎伝播燃焼させることで、予混合圧縮自着火燃焼によって消費される燃料量を制限することができる。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。
【００５７】
図５は、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、１点点火によって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５において、熱発生率パターンａは、１点点火によって着火アシストを行って燃料の一部を火炎伝播燃焼させたときの熱発生率パターンであり、熱発生率パターンｂは、そのときに生じる熱によって残りの燃料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とを足し合わせた熱発生率パターンであり、１点点火によって着火アシスト自着火燃焼を実施した場合の実際の熱発生率パターンである。また熱発生率パターンＤは、比較のために示した図４の熱発生率パターンである。
【００５８】
図５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５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５の例では−１８［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。
【００５９】
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５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、予混合気を圧縮自着火燃焼させる。
【００６０】
着火アシストを実施した場合、着火アシスト時期から自着火時期までの間は、熱発生率パターンａに示すように、主にリッチ混合気が火炎伝播燃焼することになる。そのため、図５に示すように、着火アシストを実施した場合の熱発生率パターンｃの燃焼初期における傾きは、熱発生率パターンＤの燃焼初期における傾きよりも小さくなる。
【００６１】
また自着火時期になると、予混合気が圧縮自着火燃焼を起こすことになるが、燃料の一部は既に火炎伝播燃焼によって消費されているので、予混合圧縮自着火燃焼によって消費される燃料量が相対的に減少する。そのため、図５に示すように、着火アシストを実施した場合の実際の熱発生率パターンｃのピーク値も、熱発生率パターンＤのピーク値よりも小さくなる。
【００６２】
このように、着火アシスト自着火燃焼を実施することで、熱発生率パターンｃ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することができるので、燃焼騒音を小さくすることができる。
【００６３】
しかしながら、自着火領域内の高負荷側においては、１点点火による着火アシスト自着火燃焼では、十分な燃焼騒音の低減効果を得られない場合がある。予混合圧縮自着火燃焼を実施する場合は、予混合気の自着火時期を目標自着火時期に制御する必要があるが、機関負荷が高負荷になるほど、燃料噴射量が増加して予混合気の当量比が大きくなるため、着火遅れ時間が短くなる。そのため、自着火領域内の高負荷側においては、過早着火が生じやすい。
【００６４】
本実施形態では、このような過早着火の発生を抑制するために、自着火領域内の高負荷側ではＥＧＲガス（不活性ガス）を燃焼室１１内に導入して、過早着火の発生を抑制している。ここでＥＧＲガスの導入量は、機関負荷が高負荷になるほど燃料噴射量が増加して着火遅れ時間が短くなるので、機関負荷が高負荷になるほど多くする必要がある。しかしながら、ＥＧＲガス量が多くなるほど、火炎伝播燃焼の燃焼速度が遅くなるため、自着火領域内の高負荷側では、着火アシストを行って燃料の一部を火炎伝播燃焼させたときの熱発生割合が小さくなってしまう。その結果、圧縮自着火燃焼による熱発生割合が相対的に増加してしまい、自着火領域内の高負荷側においては、１点点火による着火アシスト自着火燃焼では十分な燃焼騒音の低減効果を得られないのである。
【００６５】
そこで本実施形態では、自着火領域内の高負荷側では、２点点火による着火アシストを行うことで、火炎伝播燃焼の燃焼速度の低下を抑えることとしたのである。
【００６６】
図６は、自着火領域内の高負荷側において、１点点火及び２点点火によって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それぞれ示した図である。
【００６７】
図６において、熱発生率パターンａ’は、１点点火によって着火アシストを行って燃料の一部を火炎伝播燃焼させたときの熱発生率パターンであり、熱発生率パターンｂ’は、そのときに生じる熱によって残りの燃料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とを足し合わせた熱発生率パターンであり、１点点火によって着火アシスト自着火燃焼を実施した場合の実際の熱発生率パターンである。
【００６８】
一方で熱発生率パターンＡは、２点点火によって着火アシストを行って燃料の一部を火炎伝播燃焼させたときの熱発生率パターンであり、熱発生率パターンＢは、そのときに生じる熱によって残りの燃料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とを足し合わせた熱発生率パターンであり、２点点火によって着火アシスト自着火燃焼を実施した場合の実際の熱発生率パターンである。
【００６９】
図６に示すように、自着火領域内の高負荷側において、１点点火によって着火アシスト自着火燃焼を実施した場合は、燃焼室１１内に存在する多量のＥＧＲガスの影響で火炎伝播燃焼の燃焼速度が低下するため、着火アシストを行って燃料の一部を火炎伝播燃焼させたときの熱発生率パターンａ’の熱発生割合が小さくなる。その結果、残りの燃料が圧縮自着火燃焼したときの熱発生率パターンｂ’の熱発生割合が増加し、１点点火によって着火アシスト自着火燃焼を実施した場合の実際の熱発生率パターンｃ’のピーク値が大きくなってしまう。
【００７０】
これに対し、自着火領域内の高負荷側において、２点点火によって着火アシスト自着火燃焼を実施した場合は、火炎伝播燃焼の燃焼速度を速くすることができるので、着火アシストを行って燃料の一部を火炎伝播燃焼させたときの熱発生率パターンＡの熱発生割合の低下を抑制することができる。これにより、残りの燃料が圧縮自着火燃焼したときの熱発生率パターンＢの熱発生割合の増加を抑制できるので、２点点火によって着火アシスト自着火燃焼を実施した場合の実際の熱発生率パターンでＣのピーク値を低く抑えることができる。このように、自着火領域内の高負荷側において、２点点火によって着火アシスト自着火燃焼を実施することで、燃焼騒音の増加を抑制することができる。
【００７１】
続いて、図７Ａ及び図７Ｂを参照して、自着火領域内において、１点点火と２点点火とを切り替える機関負荷を、機関回転速度が高くなるほど低くしている理由について説明する。
【００７２】
図７Ａは、機関負荷を一定として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筒内圧との関係を、機関回転速度が低回転のときと高回転のときとで比較して示した図である。図７Ａにおいて、破線が低回転のときの筒内圧波形を示し、実線が高回転のときの筒内圧波形を示す。一方で図７Ｂは、機関負荷を一定として着火アシスト自着火燃焼を実施した場合の時間と筒内圧との関係を、機関回転速度が低回転のときと高回転のときとで比較して示した図である。図７Ｂにおいて、破線が低回転のときの筒内圧波形を示し、実線が高回転のときの筒内圧波形を示す。
【００７３】
図７Ａに示すように、横軸をクランク角として機関回転速度が低回転のときと高回転のときとで筒内圧波形を比較した場合は、所定のクランク角θ１から所定のクランク角θ２までの双方の筒内圧波形は略同一となる。
【００７４】
一方で図７Ｂに示すように、横軸を時間として機関回転速度が低回転のときと高回転のときとで筒内圧波形を比較した場合は、機関回転速度が高回転になるほど所定のクランク角θ１から所定のクランク角θ２に至るまでの時間が短くなる。そのため、高回転のときの筒内圧波形の方が、筒内圧が立ち上がっている時間が短くなる。したがって、横軸を時間として機関回転速度が低回転のときと高回転のときとで筒内圧波形を比較した場合は、機関回転速度が高回転のときの筒内圧波形の方が、筒内圧の上昇率（ｄＰ／ｄｓ）が大きくなる。燃焼騒音は、横軸を時間としたときの筒内圧の上昇率が大きくなるほど大きくなる傾向にある。そのため、機関回転速度が高回転になるほど、燃焼騒音も大きくなる。
【００７５】
そこで本実施形態では、自着火領域内において、１点点火と２点点火とを切り替える機関負荷を、機関回転速度が高くなるほど低くしているのである。
【００７６】
このように、機関回転速度が高回転になるほど、２点点火に切り替える機関負荷を低くして、低負荷から２点点火によって着火アシスト自着火燃焼を実施することで、機関回転速度が高回転になるほど、着火アシストを行って燃料の一部を火炎伝播燃焼させたときの熱発生率パターンＡの熱発生割合を大きくすることができる。これにより、筒内圧の上昇率を低く抑えることができるので、燃焼騒音の増加を抑制することができる。
【００７７】
図８は、本実施形態による燃焼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、本ルーチンを機関運転中に所定の演算周期（例えば１０［ｍｓ］）で繰り返し実行する。
【００７８】
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。また電子制御ユニット２００は、機関本体１の温度として、水温センサ２１９によって検出された冷却水温Ｔｗを読み込む。
【００７９】
ステップＳ２において、電子制御ユニット２００は、冷却水温Ｔｗが暖機完了温度以上か否かを判定する。電子制御ユニット２００は、冷却水温Ｔｗが暖機完了温度以上であれば、ステップＳ３の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、冷却水温Ｔｗが暖機完了温度未満であれば、ステップＳ７の処理に進む。
【００８０】
ステップＳ３において、電子制御ユニット２００は、機関運転状態が自着火領域内にあるか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、機関運転状態が自着火領域内にあればステップＳ４の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、機関運転状態が自着火領域内になければステップＳ７の処理に進む。
【００８１】
ステップＳ４において、電子制御ユニット２００は、機関運転状態が２点点火を行って着火アシスト自着火燃焼を実施する運転領域内にあるか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、機関運転状態が２点点火を行って着火アシスト自着火燃焼を実施する運転領域内にあればステップＳ５の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、機関運転状態が１点点火を行って着火アシスト自着火燃焼を実施する運転領域内にあればステップＳ６の処理に進む。
【００８２】
ステップＳ５において、電子制御ユニット２００は、運転モードをＣＩ運転モードに設定し、２点点火による着火アシスト自着火燃焼を実施して機関本体１の運転を行う。
【００８３】
ステップＳ６において、電子制御ユニット２００は、運転モードをＣＩ運転モードに設定し、１点点火による着火アシスト自着火燃焼を実施して機関本体１の運転を行う。
【００８４】
ステップＳ７において、電子制御ユニット２００は、機関運転状態が２点点火を行って火炎伝播燃焼を実施する運転領域内にあるか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、機関運転状態が２点点火を行って火炎伝播燃焼を実施する運転領域内にあればステップＳ８の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、機関運転状態が１点点火を行って火炎伝播燃焼を実施する運転領域内にあればステップＳ９の処理に進む。
【００８５】
ステップＳ８において、電子制御ユニット２００は、運転モードをＳＩ運転モードに設定し、２点点火による火炎伝播燃焼を実施して機関本体１の運転を行う。
【００８６】
ステップＳ９において、電子制御ユニット２００は、運転モードをＳＩ運転モードに設定し、１点点火による火炎伝播燃焼を実施して機関本体１の運転を行う。
【００８７】
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複数の点火プラグ１６，１７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、自着火領域（所定の運転領域）において予混合気の圧縮自着火燃焼が可能なときに、燃料の一部を複数の点火プラグ１６，１７のうちの少なくとも１つによって点火し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、燃料噴射弁２０と点火プラグ１６，１７を制御する燃焼制御部と、を備える。
【００８８】
そして燃焼制御部は、自着火領域の低負荷側では、燃料の一部を複数の点火プラ１６，１７グのうちの１つによって点火して火炎伝播燃焼させ、自着火領域の高負荷側では燃料の一部を複数の点火プラグ１６，１７によって点火して火炎伝播燃焼させるように構成されている。
【００８９】
このように、燃焼騒音の小さい自着火領域の低負荷側では、１点点火を行って着火アシスト自着火燃焼を実施することで、点火プラグによって消費される電力量を抑制して燃費の悪化を抑制することができる。また、燃焼騒音が大きくなる自着火領域の高負荷側では、２点点火を行って着火アシスト自着火燃焼を実施することで、１点点火を行って着火アシスト自着火燃焼を実施した場合よりも火炎伝播燃焼の熱発生割合を大きくすることができるので、燃焼騒音を低減させることができる。
【００９０】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、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、自着火時期が目標自着火時期となるように燃焼制御を実施しつつ、燃焼騒音の増大を抑制する点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
【００９１】
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、第１点火プラグ１６及び第２点火プラグ１７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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。その結果、燃焼騒音が増加する。
【００９５】
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ため、熱効率が低下すると共に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。
【００９６】
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と共に、適切な点火方法を選択して自着火時期を目標自着火時期に制御することとした。
【００９７】
以下、この本実施形態によるＣＩ運転モード中における詳細な燃焼制御について説明する。
【００９８】
図９Ａ及び図９Ｂは、本実施形態によるＣＩ運転モード中の詳細な燃焼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。
【００９９】
ステップＳ１１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。
【０１００】
ステップＳ１２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。
【０１０１】
ステップＳ１３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１０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１０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。
【０１０２】
ステップＳ１４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。
【０１０３】
ステップＳ１５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、及び目標着火アシスト時期ＩＧをそれぞれ算出する。なお本実施形態では、２点点火を行って着火アシスト自着火燃焼を実施する場合の第１点火プラグ１６及び第２点火プラグの目標着火アシスト時期ＩＧは同時期としているが、それぞれ異なる時期としても良い。
【０１０４】
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８０［ｄｅｇ．ＢＴＤＣ］から３０［ｄｅｇ．ＢＴＤＣ］程度）に設定される。
【０１０５】
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３５［ｄｅｇ．ＢＴＤＣ］から１０［ｄｅｇ．ＢＴＤＣ］程度）に設定される。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
ステップＳ１６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。
【０１０９】
ステップＳ１７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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
ステップＳ１８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】
2018040263.tif 000003
【０１１４】
（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。
【０１１５】
（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。
【０１１６】
ステップＳ１９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。
【０１１７】
ステップＳ２０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Ｓ２１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Ｓ２４の処理に進む。
【０１１８】
ステップＳ２１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。
【０１１９】
具体的には電子制御ユニット２００は、図１１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１１のテーブルに示すように、補正係数α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αが下限値になるまでは０となり、補正係数αが下限値になった後は、進角ズレ量Ｔｉｇａが大きくなるほど大きくなる。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
ステップＳ２２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。
【０１２３】
ステップＳ２３において、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２点点火を行って着火アシスト自着火燃焼を実施する。
【０１２４】
このように本実施形態では、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、通常であれば１点点火を行って着火アシスト自着火燃焼を実施する運転領域内であっても、２点点火を行って着火アシスト自着火燃焼を実施する。
【０１２５】
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、着火アシスト燃料の目標噴射量ＱＩＮＪ２が減量補正されるため、１点点火を行って着火アシスト自着火燃焼を実施する運転領域内において、通常通り１点点火を行って着火アシスト自着火燃焼を実施すると、火炎伝播燃焼による熱発生割合が小さくなる。そのため、燃焼騒音が大きくなる。
【０１２６】
これに対して本実施形態のように、１点点火を行って着火アシスト自着火燃焼を実施する運転領域内において、２点点火を行って着火アシスト自着火燃焼を実施すれば、火炎伝播燃焼による熱発生割合の低下を抑制することができ、燃焼騒音の増加を抑制することができる。
【０１２７】
ステップＳ２４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Ｓ２５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Ｓ２８の処理に進む。
【０１２８】
ステップＳ２５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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
ステップＳ２６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。
【０１３２】
ステップＳ２７において、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１点点火を行って着火アシスト自着火燃焼を実施する。
【０１３３】
このように本実施形態では、予想自着火時期が目標自着火時期よりも遅角したときは、通常であれば２点点火を行って着火アシスト自着火燃焼を実施する運転領域内であっても、１点点火を行って着火アシスト自着火燃焼を実施する。
【０１３４】
予想自着火時期が目標自着火時期よりも遅角したときは、着火アシスト燃料の目標噴射量ＱＩＮＪ２が増量補正されるため、２点点火を行って着火アシスト自着火燃焼を実施する運転領域内において、通常通り２点点火を行って着火アシスト自着火燃焼を実施すると、火炎伝播燃焼による熱発生割合が大きくなる。そのため、熱効率が低下するおそれがある。
【０１３５】
これに対して本実施形態のように、２点点火を行って着火アシスト自着火燃焼を実施する運転領域内において、１点点火を行って着火アシスト自着火燃焼を実施すれば、火炎伝播燃焼による熱発生割合の低下を小さくして熱効率の低下を抑制することができる。
【０１３６】
ステップＳ２８において、電子制御ユニット２００は、機関運転状態が１点点火を行って着火アシスト自着火燃焼を実施する運転領域内にあるか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、機関運転状態が１点点火を行って着火アシスト自着火燃焼を実施する運転領域内にあれば、ステップＳ２９の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、機関運転状態が１点点火を行って着火アシスト自着火燃焼を実施する運転領域内にあれば、ステップＳ３０の処理に進む。
【０１３７】
ステップＳ２９において、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１点点火を行って着火アシスト自着火燃焼を実施する。
【０１３８】
ステップＳ３０において、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２点点火を行って着火アシスト自着火燃焼を実施する。
【０１３９】
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。
【０１４０】
例えば上記の各実施形態では、気筒毎に２つの点火プラグを設けていたが、３つ以上の点火プラグを設けても良い。また上記の各実施形態では、アイドル運転領域に相当する低負荷低回転側の運転領域においては、運転モードをＳＩ運転モードに設定して１点点火による火炎伝播燃焼を実施していたが、燃焼安定性のために２点点火による火炎伝播燃焼を実施するようにしても良い。
【符号の説明】
【０１４１】
１    機関本体
１１    燃焼室
１６    第１点火プラグ（点火プラグ）
１７    第２点火プラグ（点火プラグ）
２０    燃料噴射弁
１００    内燃機関
２００    電子制御ユニット（制御装置）
【図１】
2018040263.tif 000004
【図２】
2018040263.tif 000005
【図３Ａ】
2018040263.tif 000006
【図３Ｂ】
2018040263.tif 000007
【図４】
2018040263.tif 000008
【図５】
2018040263.tif 000009
【図６】
2018040263.tif 000010
【図７Ａ】
2018040263.tif 000011
【図７Ｂ】
2018040263.tif 000012
【図８】
2018040263.tif 000013
【図９Ａ】
2018040263.tif 000014
【図９Ｂ】
2018040263.tif 000015
【図１０】
2018040263.tif 000016
【図１１】
2018040263.tif 000017
【図１２】
2018040263.tif 000018