(57)【要約】【課題】部分圧縮着火燃焼時にＳＩノックおよびＣＩノックの双方を抑制する。【解決手段】エンジンの制御装置は、気筒での燃焼により生じる騒音に関連するパラメータを検出する検出部と、混合気がＳＩ燃焼した領域の外側の未燃ガスが異常な局所自着火により急速燃焼するＳＩノックと相関のあるＳＩノック指標値と、ＳＩノックの発生時よりも周波数の低い騒音がＣＩ燃焼中に起きるＣＩノックと相関のあるＣＩノック指標値とを、前記検出部による検出値に基づいて特定する演算部と、演算部により特定されたＳＩノック指標値およびＣＩノック指標値に基づいて気筒での燃焼を制御する燃焼制御部とを備える。【選択図】図１７
2019039385.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒内の混合気の一部を火花点火により強制的にＳＩ燃焼させた後に気筒内の残りの混合気を自着火によりＣＩ燃焼させる部分圧縮着火燃焼が少なくとも一部の運転領域で実行されるエンジンの制御装置であって、
前記気筒での燃焼により生じる騒音に関連するパラメータを検出する検出部と、
混合気がＳＩ燃焼した領域の外側の未燃ガスが異常な局所自着火により急速燃焼するＳＩノックと相関のあるＳＩノック指標値と、前記ＳＩノックの発生時よりも周波数の低い騒音がＣＩ燃焼中に起きるＣＩノックと相関のあるＣＩノック指標値とを、前記検出部による検出値に基づいて特定する演算部と、
前記演算部により特定された前記ＳＩノック指標値およびＣＩノック指標値に基づいて前記気筒での燃焼を制御する燃焼制御部とを備えた、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジンの制御装置において、
前記燃焼制御部は、目標とするＣＩ燃焼の開始時期である目標θｃｉを、前記ＳＩノック指標値および前記ＣＩノック指標値がそれぞれの許容限界を超えないような時期に決定し、決定した目標θｃｉが実現されるように前記気筒での燃焼を制御する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載のエンジンの制御装置において、
ＣＩ燃焼の開始時期と前記ＳＩノック指標値との関係を規定する第１の特性と、ＣＩ燃焼の開始時期と前記ＣＩノック指標値との関係を規定する第２の特性とを記憶した記憶部をさらに備え、
前記燃焼制御部は、前記ＳＩノック指標値をその許容限界以下に抑え得る限界のＣＩ燃焼の開始時期である第１θｃｉ限界を、前記記憶部に記憶された前記第１の特性に基づいて求めるとともに、前記ＣＩノック指標値をその許容限界以下に抑え得る限界のＣＩ燃焼の開始時期である第２θｃｉ限界を、前記記憶部に記憶された前記第２の特性に基づいて求め、これら第１θｃｉ限界および第２θｃｉ限界のいずれよりも早くない時期を前記目標θｃｉとして決定する、ことを特徴とする、エンジンの制御装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載のエンジンの制御装置において、
前記エンジンは、前記火花点火を行う点火プラグと、前記気筒内に燃料を噴射するインジェクタとを備え、
前記燃焼制御部は、前記点火プラグによる点火時期と前記インジェクタによる燃料の噴射時期との少なくとも一方を前記目標θｃｉが実現されるような時期に調整する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のエンジンの制御装置において、
前記演算部は、前記気筒への供給燃料の５０％質量分が燃焼した時点である燃焼重心を少なくとも含む有限の期間として定められた所定期間に亘り前記検出部が検出した値に基づいて、前記ＳＩノック指標値および前記ＣＩノック指標値を特定する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載のエンジンの制御装置において、
前記演算部は、前記所定期間中に前記検出部が検出した検出値の波形をフーリエ解析することにより、所定の第１周波数成分の強度を前記ＳＩノック指標値として特定するとともに、当該第１周波数成分よりも周波数の低い第２周波数成分の強度を前記ＣＩノック指標値として特定する、ことを特徴とするエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気筒内の混合気の一部を火花点火により強制的にＳＩ燃焼させた後に気筒内の残りの混合気を自着火によりＣＩ燃焼させる部分圧縮着火燃焼を実行可能なエンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、空気と混合されたガソリン燃料を十分に圧縮された気筒内で自着火により燃焼させるＨＣＣＩ燃焼が注目されているが、このＨＣＣＩ燃焼は、気温などの外部因子により混合気の着火時期（混合気が自着火する時期）が大きくずれるなどの問題があり、また、負荷が急変するような過渡運転時の制御が難しいという問題もあった。
【０００３】
そこで、混合気の全てを自着火により燃焼させるのではなく、混合気の一部については点火プラグを用いた火花点火により燃焼させることが提案されている。すなわち、火花点火をきっかけに混合気の一部を火炎伝播により強制的に燃焼（ＳＩ燃焼）させた後に、残りの混合気を自着火により燃焼（ＣＩ燃焼）させるのである。以下では、このような燃焼のことを部分圧縮着火燃焼という。
【０００４】
ただし、部分圧縮着火燃焼では、気筒内でＳＩ燃焼とＣＩ燃焼との双方が行われるので、それぞれの燃焼に起因したノッキング（不快な騒音または振動を生じさせる現象）が起きることが懸念される。すなわち、部分圧縮着火燃焼による運転中は、ＳＩ燃焼に起因したノッキングであるＳＩノックと、ＣＩ燃焼に起因したノッキングであるＣＩノックとがそれぞれ起きる可能性があり、これらＳＩ／ＣＩノックがともに起きないように燃焼を適切に制御する必要がある。
【０００５】
ここで、ノッキングを検出する技術の一例として、下記特許文献１のものが知られている。この特許文献１では、ノッキングによる振動が顕著になる特定の期間が含まれるようにノック検出ウィンドウが設定され、このノック検出ウィンドウ内に検出されたエンジンの振動データに基づいてノッキングの発生の有無が判定される。具体的には、上記ノック検出ウィンドウ内の振動データから所定のデジタル信号処理を経て特定周波数の振動レベルのピーク値が抽出され、抽出された当該ピーク値と所定の閾値（ノック判定閾値）とが比較されることによってノッキングの発生の有無が判定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５８３９９７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１の技術は、通常の火花点火式エンジンを対象としたものであるため、監視の対象はＳＩノックだけでよく、これに加えてＣＩノックも監視することは不要であった。例えば、特許文献１には、振動データを分析するデジタル信号処理としてフィルタを用いるとともに、当該フィルタによって固有周波数（つまりＳＩノックに対応する周波数）の振動レベルを抽出する例が記載されているが、このような方法を部分圧縮着火燃焼が行われるエンジンに適用した場合には、ＳＩノックを監視することはできても、ＣＩノックを監視することはできない。したがって、ＳＩノックおよびＣＩノックの双方を考慮して燃焼を制御することができず、燃焼騒音の増大を招いてしまう可能性があった。
【０００８】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、部分圧縮着火燃焼時に懸念されるＳＩノックおよびＣＩノックの双方を効果的に抑制することが可能なエンジンの制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するべく鋭意研究した結果、本願発明者は、ＳＩノックとＣＩノックでは騒音の周波数が異なることを見出した。具体的には、ＣＩノック発生時の騒音の方がＳＩノック発生時の騒音よりも周波数が低くなることを見出した。これは、ＳＩノックおよびＣＩノックの発生原因の相違からくるものであり、エンジンの材質や構造にかかわらず共通に見られる現象である。そして、このような知見を前提に、下記の発明を完成させた。
【００１０】
すなわち、本発明は、気筒内の混合気の一部を火花点火により強制的にＳＩ燃焼させた後に気筒内の残りの混合気を自着火によりＣＩ燃焼させる部分圧縮着火燃焼が少なくとも一部の運転領域で実行されるエンジンの制御装置であって、前記気筒での燃焼により生じる騒音に関連するパラメータを検出する検出部と、混合気がＳＩ燃焼した領域の外側の未燃ガスが異常な局所自着火により急速燃焼するＳＩノックと相関のあるＳＩノック指標値と、前記ＳＩノックの発生時よりも周波数の低い騒音がＣＩ燃焼中に起きるＣＩノックと相関のあるＣＩノック指標値とを、前記検出部による検出値に基づいて特定する演算部と、前記演算部により特定された前記ＳＩノック指標値およびＣＩノック指標値に基づいて前記気筒での燃焼を制御する燃焼制御部とを備えた、ことを特徴とするものである（請求項１）。
【００１１】
本発明によれば、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とをミックスした部分圧縮着火燃焼の実行時、つまり、ＳＩ燃焼に起因したＳＩノックとＣＩ燃焼に起因したＣＩノックとの双方が懸念される運転時に、これらＳＩノックおよびＣＩノックが顕在化するのをともに回避することができ、各ノックに起因した耳障りな騒音等が乗員に感知されるのを効果的に抑制することができる。これにより、エンジンの燃費性能を向上させつつその静粛性を十分に確保することができる。
【００１２】
好ましくは、前記燃焼制御部は、目標とするＣＩ燃焼の開始時期である目標θｃｉを、前記ＳＩノック指標値および前記ＣＩノック指標値がそれぞれの許容限界を超えないような時期に決定し、決定した目標θｃｉが実現されるように前記気筒での燃焼を制御する（請求項２）。
【００１３】
この構成によれば、ＳＩノックおよびＣＩノックの双方に対し影響力が大きい目標θｃｉを調整することにより、ＳＩノックおよびＣＩノックをそれぞれ適正に抑制することができる。
【００１４】
前記構成において、より好ましくは、ＣＩ燃焼の開始時期と前記ＳＩノック指標値との関係を規定する第１の特性と、ＣＩ燃焼の開始時期と前記ＣＩノック指標値との関係を規定する第２の特性とを記憶した記憶部をさらに備え、前記燃焼制御部は、前記ＳＩノック指標値をその許容限界以下に抑え得る限界のＣＩ燃焼の開始時期である第１θｃｉ限界を、前記記憶部に記憶された前記第１の特性に基づいて求めるとともに、前記ＣＩノック指標値をその許容限界以下に抑え得る限界のＣＩ燃焼の開始時期である第２θｃｉ限界を、前記記憶部に記憶された前記第２の特性に基づいて求め、これら第１θｃｉ限界および第２θｃｉ限界のいずれよりも早くない時期を前記目標θｃｉとして決定する（請求項３）。
【００１５】
この構成によれば、ＳＩノック指標値を許容限界以下に抑えるための第１θｃｉ限界と、ＣＩノック指標値を許容限界以下に抑えるための第２θｃｉ限界とを、予め記憶された第１および第２の特性を用いて適正に導き出せるとともに、これら第１・第２θｃｉ限界よりも早い時期にＣＩ燃焼が開始されないように所定の燃焼制御（例えば点火時期の調整等）を行うことにより、ＳＩノック指標値およびＣＩノック指標値の双方を確実に許容限界以下に抑えることができる。
【００１６】
前記構成において、より好ましくは、前記エンジンは、前記火花点火を行う点火プラグと、前記気筒内に燃料を噴射するインジェクタとを備え、前記燃焼制御部は、前記点火プラグによる点火時期と前記インジェクタによる燃料の噴射時期との少なくとも一方を前記目標θｃｉが実現されるような時期に調整する（請求項４）。
【００１７】
この構成によれば、点火時期または燃料の噴射時期を調整することにより、ＳＩ／ＣＩノック指標値が許容限界以下に抑えられるような燃焼を適正に実現することができる。
【００１８】
好ましくは、前記演算部は、前記気筒への供給燃料の５０％質量分が燃焼した時点である燃焼重心を少なくとも含む有限の期間として定められた所定期間に亘り前記検出部が検出した値に基づいて、前記ＳＩノック指標値および前記ＣＩノック指標値を特定する（請求項５）。
【００１９】
この構成によれば、前段のＳＩ燃焼の期間と後段のＣＩ燃焼の期間との双方に跨る期間において検出部が検出した値に基づいてＳＩノック指標値およびＣＩノック指標値をそれぞれ適正に算出することができる。また、ＳＩノックおよびＣＩノックと関係のない期間（燃焼以外の期間）中の検出値をＳＩ／ＣＩノック指標値算出のための分析対象から除外できるので、ＳＩ／ＣＩノック指標値の算出に要する負担を軽減することができる。
【００２０】
前記構成において、より好ましくは、前記演算部は、前記所定期間中に前記検出部が検出した検出値の波形をフーリエ解析することにより、所定の第１周波数成分の強度を前記ＳＩノック指標値として特定するとともに、当該第１周波数成分よりも周波数の低い第２周波数成分の強度を前記ＣＩノック指標値として特定する（請求項６）。
【００２１】
この構成によれば、発生原因の異なるＳＩノックおよびＣＩノックの程度を、各ノックに対応する異なる周波数成分の強度として精度よく捉えることができる。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように、本発明のエンジンの制御装置によれば、部分圧縮着火燃焼時に懸念されるＳＩノックおよびＣＩノックの双方を効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態にかかるエンジンの全体構成を概略的に示すシステム図である。
【図２】エンジン本体の断面図とピストンの平面図とを併せて示した図である。
【図３】気筒およびその近傍の吸排気系の構造を示す概略平面図である。
【図４】エンジンの制御系統を示すブロック図である。
【図５】エンジンの運転領域を燃焼形態の相違により区分けしたマップ図である。
【図６】エンジンの各運転領域で行われる燃焼制御を概略的に説明するためのタイムチャートである。
【図７】ＳＰＣＣＩ燃焼（部分圧縮着火燃焼）時の熱発生率の波形を示すグラフである。
【図８】ＳＰＣＣＩ燃焼時に実行される制御の具体的手順を示すフローチャートである。
【図９】図８のステップＳ４の制御の具体的手順を示すサブルーチンである。
【図１０】図８のステップＳ１０の制御の具体的手順を示すサブルーチンである。
【図１１】ＳＩ／ＣＩノック指標値の各許容限界を決定する際に使用されるマップであり、（ａ）のグラフはＳＩノック指標値の許容限界を決定するためのマップを、（ｂ）のグラフはＣＩノック指標値の許容限界を決定するためのマップをそれぞれ示している。
【図１２】ＣＩ燃焼の開始時期の目標値（目標θｃｉ）を決定する際に使用されるマップであり、（ａ）のグラフはＣＩ燃焼の開始時期（θｃｉ）とＳＩノック指標値との関係を規定したマップを、（ｂ）のグラフはＣＩ燃焼の開始時期（θｃｉ）とＣＩノック指標値との関係を規定したマップをそれぞれ示している。
【図１３】筒内圧センサにより検出された筒内圧力の波形を示すグラフである。
【図１４】図１３の圧力波形に対し適用される窓関数を示すグラフである。
【図１５】図１４の窓関数を適用した後に得られる筒内圧力の波形を示すグラフである。
【図１６】図１５の圧力波形をフーリエ解析した結果を示すグラフである。
【図１７】図１６の周波数スペクトルを１／３オクターブバンド化処理した結果を示すグラフである。
【図１８】ＳＩ率の種々の定義方法を説明するための図７相当図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
（１）エンジンの全体構成
図１および図２は、本発明の制御装置が適用されたエンジンの好ましい実施形態を示す図である。本図に示されるエンジンは、走行用の動力源として車両に搭載された４サイクルのガソリン直噴エンジンであり、エンジン本体１と、エンジン本体１に導入される吸気が流通する吸気通路３０と、エンジン本体１から排出される排気ガスが流通する排気通路４０と、排気通路４０を流通する排気ガスの一部を吸気通路３０に還流するＥＧＲ装置５０を備えている。
【００２５】
エンジン本体１は、気筒２が内部に形成されたシリンダブロック３と、気筒２を上から閉塞するようにシリンダブロック３の上面に取り付けられたシリンダヘッド４と、気筒２に往復摺動可能に挿入されたピストン５とを有している。エンジン本体１は、典型的には複数の（例えば４つの）気筒を有する多気筒型のものであるが、ここでは簡略化のため、１つの気筒２のみに着目して説明を進める。
【００２６】
ピストン５の上方には燃焼室６が画成されており、この燃焼室６には、ガソリンを主成分とする燃料が、後述するインジェクタ１５からの噴射によって供給される。そして、供給された燃料が燃焼室６で空気と混合されつつ燃焼し、その燃焼による膨張力で押し下げられたピストン５が上下方向に往復運動する。なお、燃焼室６に噴射される燃料は、主成分としてガソリンを含有していればよく、例えばガソリンに加えてバイオエタノール等の副成分を含んでいてもよい。
【００２７】
ピストン５の下方には、エンジン本体１の出力軸であるクランク軸７が設けられている。クランク軸７は、ピストン５とコネクティングロッド８を介して連結され、ピストン５の往復運動（上下運動）に応じて中心軸回りに回転駆動される。
【００２８】
気筒２の幾何学的圧縮比、つまりピストン５が上死点にあるときの燃焼室６の容積とピストン５が下死点にあるときの燃焼室の容積との比は、後述するＳＰＣＣＩ燃焼（部分圧縮着火燃焼）に好適な値として、１３以上３０以下に設定される。より詳しくは、気筒２の幾何学的圧縮比は、オクタン価が９１程度のガソリン燃料を使用するレギュラー仕様の場合に１４以上１７以下に設定し、オクタン価が９６程度のガソリン燃料を使用するハイオク仕様の場合に１５以上１８以下に設定するのが好ましい。
【００２９】
シリンダブロック３には、クランク軸７の回転角度（クランク角）およびクランク軸７の回転速度（エンジン回転速度）を検出するクランク角センサＳＮ１が設けられている。
【００３０】
シリンダヘッド４には、燃焼室６に開口する吸気ポート９および排気ポート１０と、吸気ポート９を開閉する吸気弁１１と、排気ポート１０を開閉する排気弁１２とが設けられている。なお、当実施形態のエンジンのバルブ形式は、図２に示すように、吸気２バルブ×排気２バルブの４バルブ形式である。すなわち、吸気ポート９は、第１吸気ポート９Ａおよび第２吸気ポート９Ｂを有しており、排気ポート１０は、第１排気ポート１０Ａおよび第２排気ポート１０Ｂを有している。吸気弁１１は、第１吸気ポート９Ａおよび第２吸気ポート９Ｂをそれぞれ開閉するように合計２つ設けられ、排気弁１２は、第１排気ポート１０Ａおよび第２排気ポート１０Ｂをそれぞれ開閉するように合計２つ設けられている。
【００３１】
図３に示すように、第２吸気ポート９Ｂには開閉可能なスワール弁１８が設けられている。スワール弁１８は、第２吸気ポート９Ｂにのみ設けられており、第１吸気ポート９Ａには設けられていない。このようなスワール弁１８が閉方向に駆動されると、スワール弁１８が設けられていない第１吸気ポート９Ａから燃焼室６に流入する吸気の割合が増大するため、気筒軸線の回りを旋回する旋回流（スワール流）を強化することができる。逆に、スワール弁１８を開方向に駆動すれば当該旋回流を弱めることができる。
【００３２】
吸気弁１１および排気弁１２は、シリンダヘッド４に配設された一対のカム軸等を含む動弁機構１３，１４により、クランク軸７の回転に連動して開閉駆動される。
【００３３】
吸気弁１１用の動弁機構１３には、吸気弁１１の少なくとも開時期を変更可能な吸気ＶＶＴ１３ａが内蔵されている。同様に、排気弁１２用の動弁機構１４には、排気弁１２の少なくとも閉時期を変更可能な排気ＶＶＴ１４ａが内蔵されている。これら吸気ＶＶＴ１３ａおよび排気ＶＶＴ１４ａの制御により、当実施形態では、吸気弁１１および排気弁１２の双方が排気上死点を跨いで開弁するバルブオーバーラップ期間を調整することが可能であり、また、このバルブオーバーラップ期間の調整により、燃焼室６に残留する既燃ガス（内部ＥＧＲガス）の量を調整することが可能である。なお、吸気ＶＶＴ１３ａ（排気ＶＶＴ１４ａ）は、吸気弁１１（排気弁１２）の開時期（閉時期）を固定したまま閉時期（開時期）のみを変更するタイプの可変機構であってもよいし、吸気弁１１（排気弁１２）の開時期および閉時期を同時に変更する位相式の可変機構であってもよい。
【００３４】
シリンダヘッド４には、燃焼室６に燃料（主にガソリン）を噴射するインジェクタ１５と、インジェクタ１５から燃焼室６に噴射された燃料と燃焼室６に導入された空気との混合気に点火する点火プラグ１６とが設けられている。シリンダヘッド４には、さらに、燃焼室６の圧力（以下、筒内圧力ともいう）を検出する筒内圧センサＳＮ２が設けられている。なお、筒内圧センサＳＮ２は請求項にいう「検出部」に相当する。
【００３５】
図２に示すように、ピストン５の冠面には、その中央部を含む比較的広い領域をシリンダヘッド４とは反対側（下方）に凹陥させたキャビティ２０が形成されている。キャビティ２０の中心部には、相対的に上方に隆起したほぼ円錐状の隆起部２０ａが形成されており、この隆起部２０ａを挟んだ径方向の両側がそれぞれ断面お椀状の凹部とされている。言い換えると、キャビティ２０は、隆起部２０ａを囲むように形成された平面視ドーナツ状の凹部である。また、ピストン５の冠面のうちキャビティ２０よりも径方向外側の領域は、円環状の平坦面からなるスキッシュ部２１とされている。
【００３６】
インジェクタ１５は、その先端部に複数の噴孔を有した多噴孔型のインジェクタであり、当該複数の噴孔から放射状に燃料を噴射することが可能である（図２中のＦは各噴孔から噴射された燃料の噴霧を表している）。インジェクタ１５は、その先端部がピストン５の冠面の中心部（隆起部２０ａ）と対向するように設けられている。
【００３７】
点火プラグ１６は、インジェクタ１５に対し吸気側に幾分ずれた位置に配置されている。点火プラグ１６の先端部（電極部）は、キャビティ２０と平面視で重複する位置に設定されている。
【００３８】
図１に示すように、吸気通路３０は、吸気ポート９と連通するようにシリンダヘッド４の一側面に接続されている。吸気通路３０の上流端から取り込まれた空気（新気）は、吸気通路３０および吸気ポート９を通じて燃焼室６に導入される。
【００３９】
吸気通路３０には、その上流側から順に、吸気中の異物を除去するエアクリーナ３１と、吸気の流量を調整する開閉可能なスロットル弁３２と、吸気を圧縮しつつ送り出す過給機３３と、過給機３３により圧縮された吸気を冷却するインタークーラ３５と、サージタンク３６とが設けられている。
【００４０】
吸気通路３０の各部には、吸気の流量を検出するエアフローセンサＳＮ３と、吸気の温度を検出する第１・第２吸気温センサＳＮ４，ＳＮ６と、吸気の圧力を検出する第１・第２吸気圧センサＳＮ５，ＳＮ７とが設けられている。エアフローセンサＳＮ３および第１吸気温センサＳＮ４は、吸気通路３０におけるエアクリーナ３１とスロットル弁３２との間の部分に設けられ、当該部分を通過する吸気の流量および温度を検出する。第１吸気圧センサＳＮ５は、吸気通路３０におけるスロットル弁３２と過給機３３との間（後述するＥＧＲ通路５１の接続口よりも下流側）の部分に設けられ、当該部分を通過する吸気の圧力を検出する。第２吸気温センサＳＮ６は、吸気通路３０における過給機３３とインタークーラ３５との間の部分に設けられ、当該部分を通過する吸気の温度を検出する。第２吸気圧センサＳＮ７は、サージタンク３６に設けられ、当該サージタンク３６内の吸気の圧力を検出する。
【００４１】
過給機３３は、エンジン本体１と機械的に連係された機械式の過給機（スーパーチャージャ）である。過給機３３の具体的な形式は特に問わないが、例えばリショルム式、ルーツ式、または遠心式といった公知の過給機のいずれかを過給機３３として用いることができる。
【００４２】
過給機３３とエンジン本体１との間には、締結と解放を電気的に切り替えることが可能な電磁クラッチ３４が介設されている。電磁クラッチ３４が締結されると、エンジン本体１から過給機３３に駆動力が伝達されて、過給機３３による過給が行われる。一方、電磁クラッチ３４が解放されると、上記駆動力の伝達が遮断されて、過給機３３による過給が停止される。
【００４３】
吸気通路３０には、過給機３３をバイパスするためのバイパス通路３８が設けられている。バイパス通路３８は、サージタンク３６と後述するＥＧＲ通路５１とを互いに接続している。バイパス通路３８には開閉可能なバイパス弁３９が設けられている。
【００４４】
排気通路４０は、排気ポート１０と連通するようにシリンダヘッド４の他側面に接続されている。燃焼室６で生成された既燃ガス（排気ガス）は、排気ポート１０および排気通路４０を通じて外部に排出される。
【００４５】
排気通路４０には触媒コンバータ４１が設けられている。触媒コンバータ４１には、排気通路４０を流通する排気ガス中に含まれる有害成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）を浄化するための三元触媒４１ａと、排気ガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集するためのＧＰＦ（ガソリン・パティキュレート・フィルタ）４１ｂとが内蔵されている。なお、触媒コンバータ４１の下流側に、三元触媒やＮＯｘ触媒等の適宜の触媒を内蔵した別の触媒コンバータを追加してもよい。
【００４６】
ＥＧＲ装置５０は、排気通路４０と吸気通路３０とを接続するＥＧＲ通路５１と、ＥＧＲ通路５１に設けられたＥＧＲクーラ５２およびＥＧＲ弁５３とを有している。ＥＧＲ通路５１は、排気通路４０における触媒コンバータ４１よりも下流側の部分と、吸気通路３０におけるスロットル弁３２と過給機３３との間の部分とを互いに接続している。ＥＧＲクーラ５２は、ＥＧＲ通路５１を通じて排気通路４０から吸気通路３０に還流される排気ガス（外部ＥＧＲガス）を熱交換により冷却する。ＥＧＲ弁５３は、ＥＧＲクーラ５２よりも下流側（吸気通路３０に近い側）のＥＧＲ通路５１に開閉可能に設けられ、ＥＧＲ通路５１を流通する排気ガスの流量を調整する。
【００４７】
ＥＧＲ通路５１には、ＥＧＲ弁５３の上流側の圧力と下流側の圧力との差を検出するための差圧センサＳＮ８が設けられている。
【００４８】
（２）制御系統
図４は、エンジンの制御系統を示すブロック図である。本図に示されるＥＣＵ１００は、エンジンを統括的に制御するためのマイクロプロセッサであり、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されている。
【００４９】
ＥＣＵ１００には各種センサによる検出信号が入力される。例えば、ＥＣＵ１００は、上述したクランク角センサＳＮ１、筒内圧センサＳＮ２、エアフローセンサＳＮ３、第１・第２吸気温センサＳＮ４，ＳＮ６、第１・第２吸気圧センサＳＮ５，ＳＮ７、および差圧センサＳＮ８と電気的に接続されており、これらのセンサによって検出された情報（つまりクランク角、エンジン回転速度、筒内圧力、吸気流量、吸気温、吸気圧、ＥＧＲ弁５３の前後差圧等）がＥＣＵ１００に逐次入力されるようになっている。
【００５０】
また、車両には、当該車両を運転するドライバーにより操作されるアクセルペダルの開度を検出するアクセルセンサＳＮ９が設けられており、このアクセルセンサＳＮ９による検出信号もＥＣＵ１００に入力される。
【００５１】
ＥＣＵ１００は、上記各センサからの入力信号に基づいて種々の判定や演算等を実行しつつエンジンの各部を制御する。すなわち、ＥＣＵ１００は、吸気ＶＶＴ１３ａ、排気ＶＶＴ１４ａ、インジェクタ１５、点火プラグ１６、スロットル弁３２、電磁クラッチ３４、バイパス弁３９、およびＥＧＲ弁５３等と電気的に接続されており、上記演算の結果等に基づいてこれらの機器にそれぞれ制御用の信号を出力する。
【００５２】
なお、上記のようなＥＣＵ１００は、請求項にいう「演算部」、「燃焼制御部」、および「記憶部」に相当する。
【００５３】
（３）運転状態に応じた制御
図５は、エンジンの回転速度／負荷に応じた制御の相違を説明するためのマップ図である。本図に示すように、エンジンの運転領域は、燃焼形態の相違によって４つの運転領域Ａ１〜Ａ４に大別される。それぞれ第１運転領域Ａ１、第２運転領域Ａ２、第３運転領域Ａ３、第４運転領域Ａ４とすると、第１運転領域Ａ１は、回転速度および負荷の双方が低い低速・低負荷の領域であり、第３運転領域Ａ３は、回転速度が低くかつ負荷が高い低速・高負荷の領域であり、第４運転領域Ａ４は、回転速度が高い高速領域であり、第２運転領域Ａ２は、第１、第３、第４運転領域Ａ１，Ａ３，Ａ４を除いた残余の領域（言い換えると低速・中負荷領域と中速領域とを合わせた領域）である。以下、各運転領域で選択される燃焼形態等について順に説明する。
【００５４】
（ａ）第１運転領域
低速・低負荷の第１運転領域Ａ１では、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とをミックスした部分圧縮着火燃焼（以下、これをＳＰＣＣＩ燃焼という）が実行される。具体的に、第１運転領域Ａ１では、過給機３３による過給が停止された状態（自然吸気の状態）で、ＳＰＣＣＩ燃焼が実行される。なお、ＳＰＣＣＩ燃焼における「ＳＰＣＣＩ」とは、「Spark Controlled Compression Ignition」の略である。
【００５５】
ここで、ＳＩ燃焼とは、点火プラグ１６により混合気に点火し、その点火点から周囲へと燃焼領域を拡げていく火炎伝播により混合気を強制的に燃焼させる形態のことであり、ＣＩ燃焼とは、ピストン５の圧縮により高温・高圧化された環境下で混合気を自着火により燃焼させる形態のことである。そして、これらＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とをミックスしたＳＰＣＣＩ燃焼とは、混合気が自着火する寸前の環境下で行われる火花点火により燃焼室６内の混合気の一部をＳＩ燃焼させ、当該ＳＩ燃焼の後に（ＳＩ燃焼に伴うさらなる高温・高圧化により）燃焼室６内の残りの混合気を自着火によりＣＩ燃焼させる、という燃焼形態のことである。
【００５６】
ＳＰＣＣＩ燃焼では、ＳＩ燃焼時の熱発生がＣＩ燃焼時の熱発生よりも穏やかになる。例えば、ＳＰＣＣＩ燃焼が行われたときの熱発生率の波形は、後述する図６または図７に示すように、立ち上がりの傾きが相対的に小さくなる。また、燃焼室６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。言い換えると、ＳＰＣＣＩ燃焼時の熱発生率の波形は、ＳＩ燃焼によって形成された相対的に立ち上がりの傾きが小さい第１熱発生率部と、ＣＩ燃焼によって形成された相対的に立ち上がりの傾きが大きい第２熱発生部とが、この順に連続するように形成される。
【００５７】
ＳＩ燃焼によって、燃焼室６内の温度および圧力が高まると、これに伴い未燃混合気が自着火し、ＣＩ燃焼が開始される。後述する図６または図７に例示するように、この自着火のタイミング（つまりＣＩ燃焼が開始するタイミング）で、熱発生率の波形の傾きが小から大へと変化する。すなわち、ＳＰＣＣＩ燃焼における熱発生率の波形は、ＣＩ燃焼が開始するタイミングで現れる変曲点（図７のＸ）を有している。
【００５８】
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。ただし、ＣＩ燃焼は、圧縮上死点の後に行われるため、熱発生率の波形の傾きが過大になることはない。すなわち、圧縮上死点を過ぎるとピストン５の下降によりモータリング圧力が低下するので、このことが熱発生率の上昇を抑制する結果、ＣＩ燃焼時のｄｐ／ｄθが過大になることが回避される。このように、ＳＰＣＣＩ燃焼では、ＳＩ燃焼の後にＣＩ燃焼が行われるという性質上、燃焼騒音の指標となるｄｐ／ｄθが過大になり難く、単純なＣＩ燃焼（全ての燃料をＣＩ燃焼させた場合）に比べて燃焼騒音を抑制することができる。
【００５９】
ＣＩ燃焼の終了に伴いＳＰＣＣＩ燃焼も終了する。ＣＩ燃焼はＳＩ燃焼に比べて燃焼速度が速いので、単純なＳＩ燃焼（全ての燃料をＳＩ燃焼させた場合）に比べて燃焼終了時期を早めることができる。言い換えると、ＳＰＣＣＩ燃焼では、燃焼終了時期を膨張行程内において圧縮上死点に近づけることができる。これにより、ＳＰＣＣＩ燃焼では、単純なＳＩ燃焼に比べて燃費性能を向上させることができる。
【００６０】
上記のようなＳＰＣＣＩ燃焼を実現するため、第１運転領域Ａ１では、ＥＣＵ１００によってエンジンの各部が次のように制御される。
【００６１】
インジェクタ１５は、１サイクル中に噴射すべき燃料の全量または大半を圧縮行程中に噴射する。例えば、第１運転領域Ａ１に含まれる運転ポイントＰ１において、インジェクタ１５は、図６のチャート（ａ）に示すように、圧縮行程の中期から後期にかけた２回に分けて燃料を噴射する。
【００６２】
点火プラグ１６は、圧縮上死点の近傍で混合気に点火する。例えば、上記運転ポイントＰ１において、点火プラグ１６は、圧縮上死点よりもやや進角側のタイミングで混合気に点火する。そして、この点火をきっかけにＳＰＣＣＩ燃焼が開始され、燃焼室６内の一部の混合気が火炎伝播により燃焼（ＳＩ燃焼）し、その後に残りの混合気が自着火により燃焼（ＣＩ燃焼）する。
【００６３】
過給機３３はＯＦＦ状態とされる。すなわち、電磁クラッチ３４が解放されて過給機３３とエンジン本体１との連結が解除されるとともに、バイパス弁３９が全開とされることにより、過給機３３による過給が停止される。
【００６４】
吸気ＶＶＴ１３ａおよび排気ＶＶＴ１４ａは、吸気弁１１および排気弁１２のバルブタイミングを内部ＥＧＲを行うためのタイミング、つまり、吸・排気弁１１，１２の双方が排気上死点を跨いで開弁されるバルブオーバーラップ期間が十分に形成されるようなタイミングに設定する。これにより、燃焼室６に既燃ガスを残留させる内部ＥＧＲが実現され、燃焼室６の温度（圧縮前の初期温度）が高められる。
【００６５】
スロットル弁３２は全開とされる。
【００６６】
ＥＧＲ弁５３は、燃焼室６内の空気（新気）と燃料との重量比である空燃比（Ａ／Ｆ）が予め定められた目標空燃比となるように、その開度が制御される。具体的に、第１運転領域Ａ１での目標空燃比は、図５に示される負荷ラインＬよりも低負荷側で理論空燃比よりもリーン（λ＞１）に、負荷ラインＬよりも高負荷側で理論空燃比もしくはその近傍（λ≒１）に設定される。なお、λとは空気過剰率のことであり、空燃比が理論空燃比（１４．７）のときにλ＝１となり、理論空燃比よりもリーンなときにλ＞１となる。ＥＧＲ弁５３は、上述した目標空燃比に相当する空気（新気）量が燃焼室６に導入されるように、ＥＧＲ通路５１を通じて還流される排気ガス（外部ＥＧＲガス）の量を調整する。言い換えると、ＥＧＲ弁５３は、スロットル弁３２が全開の場合に燃焼室６に導入される全ガス量から、上記目標空燃比相当の空気量と、内部ＥＧＲにより燃焼室６に残留させられる既燃ガスの量とを除いた分のガスが、外部ＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路５１から燃焼室６に還流されるように、ＥＧＲ通路５１内の流量を調整する。第１運転領域Ａ１では、上記のように空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比もしくはこれよりリーンに設定される上に、燃焼室６にＥＧＲガス（外部ＥＧＲガスおよび内部ＥＧＲガス）が導入されるので、燃焼室６内の全ガスと燃料との重量比であるガス空燃比（Ｇ／Ｆ）は、第１運転領域Ａ１内のいずれにおいてもリーンとなる。
【００６７】
スワール弁１８は全閉もしくは全閉に近い低開度まで閉じられる。これにより、燃焼室６に導入される吸気は、その全部もしくは大部分が第１吸気ポート９Ａ（スワール弁１８が設けられていない側の吸気ポート）からの吸気となるので、燃焼室６内に強いスワール流が形成される。このスワール流は、吸気行程中に成長して、圧縮行程の途中まで残存する。このため、例えば上述した運転ポイントＰ１のように圧縮行程中に燃料を噴射した場合には、スワール流の作用によって燃料の成層化が実現される。すなわち、スワール流が存在する状況下で圧縮行程の中期以降に燃料が噴射されると、噴射された燃料は、スワール流が比較的弱い燃焼室６の中央部に集められる。これにより、燃焼室６の中央部の燃料濃度がその外側の領域（外周部）に比べて濃くなるという濃度差が生じ、燃料の成層化が実現される。例えば、燃焼室６の中央部の空燃比が２０以上３０以下に、燃焼室６の外周部の空燃比が３５以上に設定される。
【００６８】
（ｂ）第２運転領域
第２運転領域Ａ２（低速・中負荷領域と中速領域とを合わせた領域）では、過給機３３による過給を行いつつ混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させる制御が実行される。具体的に、このような過給を伴ったＳＰＣＣＩ燃焼を実現するため、第２運転領域Ａ２では、ＥＣＵ１００によってエンジンの各部が次のように制御される。
【００６９】
インジェクタ１５は、１サイクル中に噴射すべき燃料の一部を吸気行程中に噴射し、残りの燃料を圧縮行程中に噴射する。例えば、第２運転領域Ａ２に含まれる運転ポイントＰ２において、インジェクタ１５は、図６のチャート（ｂ）に示すように、比較的多量の燃料を噴射する１回目の燃料噴射を吸気行程中に実行するとともに、当該１回目の燃料噴射よりも少量の燃料を噴射する２回目の燃料噴射を圧縮行程中に実行する。また、運転ポイントＰ２よりも高負荷かつ高回転側の運転ポイントＰ３において、インジェクタ１５は、図６のチャート（ｃ）に示すように、吸気行程から圧縮行程にかけた一連の期間にわたって燃料を噴射する。
【００７０】
点火プラグ１６は、圧縮上死点の近傍で混合気に点火する。例えば、点火プラグ１６は、上記運転ポイントＰ２では圧縮上死点よりもやや進角側のタイミングで混合気に点火し（図６のチャート（ｂ））、上記運転ポイントＰ３では圧縮上死点よりもやや遅角側のタイミングで混合気に点火する（図６のチャート（ｃ））。そして、この点火をきっかけにＳＰＣＣＩ燃焼が開始され、燃焼室６内の一部の混合気が火炎伝播により燃焼（ＳＩ燃焼）し、その後に残りの混合気が自着火により燃焼（ＣＩ燃焼）する。
【００７１】
過給機３３はＯＮ状態とされる。すなわち、電磁クラッチ３４が締結されて過給機３３とエンジン本体１とが連結されることにより、過給機３３による過給が行われる。このとき、第２吸気圧センサＳＮ７により検出されるサージタンク３６内の圧力（過給圧）が、運転条件（回転速度／負荷）ごとに予め定められた目標圧力に一致するように、バイパス弁３９の開度が制御される。例えば、バイパス弁３９の開度が大きくなるほど、バイパス通路３８を通じて過給機３３の上流側に逆流する吸気の流量が多くなる結果、サージタンク３６に導入される吸気の圧力つまり過給圧が低くなる。バイパス弁３９は、このように吸気の逆流量を調整することにより、過給圧を目標圧力に制御する。
【００７２】
吸気ＶＶＴ１３ａおよび排気ＶＶＴ１４ａは、第２運転領域Ａ２の低負荷側の一部においてのみ内部ＥＧＲが行われるように（言い換えると高負荷側では内部ＥＧＲが停止されるように）、吸気弁１１および排気弁１２のバルブタイミングを制御する。
【００７３】
スロットル弁３２は全開とされる。
【００７４】
ＥＧＲ弁５３は、燃焼室６内の空燃比（Ａ／Ｆ）が予め定められた目標空燃比となるように、その開度が制御される。具体的に、第２運転領域Ａ２での目標空燃比は、負荷ラインＬ（図５）よりも低負荷側でリーン（λ＞１）に、負荷ラインＬよりも高負荷側で理論空燃比もしくはその近傍（λ≒１）に設定される。ＥＧＲ弁５３は、この目標空燃比に相当する空気（新気）量が燃焼室６に導入されるように、ＥＧＲ通路５１を通じて還流される排気ガス（外部ＥＧＲガス）の量を調整する。例えば、排気ガスの還流量は、高負荷側ほど少なくなるように調整され、エンジンの最高負荷の近傍においてほぼゼロとされる。言い換えると、燃焼室６内のガス空燃比（Ｇ／Ｆ）は、エンジンの最高負荷の近傍を除いていずれもリーンとされる。
【００７５】
スワール弁１８は全閉とされるか、もしくは全閉／全開を除いた適宜の中間開度まで開かれる。具体的に、スワール弁１８は、第２運転領域Ａ２の低負荷側の一部で全閉とされ、残りの高負荷側の領域で中間開度とされる。なお、後者の領域におけるスワール弁１８の開度は、負荷が高いほど大きくされる。
【００７６】
（ｃ）第３運転領域
低速・高負荷の第３運転領域Ａ３では、過給機３３による過給を行いつつ混合気をＳＩ燃焼させる制御が実行される。具体的に、このような過給を伴ったＳＩ燃焼を実現するため、第３運転領域Ａ３では、ＥＣＵ１００によってエンジンの各部が次のように制御される。
【００７７】
インジェクタ１５は、１サイクル中に噴射すべき燃料の一部を吸気行程中に噴射し、残りの燃料を圧縮行程中に噴射する。例えば、第３運転領域Ａ３に含まれる運転ポイントＰ４において、インジェクタ１５は、図６のチャート（ｄ）に示すように、比較的多量の燃料を噴射する１回目の燃料噴射を吸気行程中に実行するとともに、当該１回目の燃料噴射よりも少量の燃料を噴射する２回目の燃料噴射を圧縮行程の後期（圧縮上死点の直前）に実行する。
【００７８】
点火プラグ１６は、例えば圧縮上死点から５〜２０°ＣＡ程度経過した比較的遅めのタイミングで混合気に点火する。そして、この点火をきっかけにＳＩ燃焼が開始され、燃焼室６内の混合気の全てが火炎伝播により燃焼する。なお、第３運転領域Ａ３での点火時期が上記のように遅角されるのは、ノッキングやプリイグニッション等の異常燃焼を防止するためである。ただし、第３運転領域Ａ３では、２回目の燃料噴射が圧縮行程の後期（圧縮上死点の直前）というかなり遅めのタイミングに設定されるので、点火時期が上記のように遅角されたとしても、点火後の燃焼速度（火炎伝播速度）は比較的速いものになる。すなわち、２回目の燃料噴射から点火までの期間が十分に短いことから、点火時点における燃焼室６内の流動（乱流エネルギー）が比較的強くなり、当該流動を利用して点火後の燃焼速度を速めることができる。これにより、異常燃焼を防止しつつ熱効率を高く維持することができる。
【００７９】
過給機３３はＯＮ状態とされる。すなわち、電磁クラッチ３４が締結されて過給機３３とエンジン本体１とが連結されることにより、過給機３３による過給が行われる。またこのとき、サージタンク３６内の圧力（過給圧）が目標圧力に一致するようにバイパス弁３９の開度が制御される。
【００８０】
スロットル弁３２は全開とされる。
【００８１】
ＥＧＲ弁５３は、燃焼室６内の空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比もしくはこれよりややリッチとなるように、その開度が制御される。一方、燃焼室６内のガス空燃比（Ｇ／Ｆ）は、エンジンの最高負荷の近傍を除いていずれもリーンとされる。
【００８２】
スワール弁１８の開度は、所定の中間開度（例えば５０％）またはその近傍値に設定される。
【００８３】
（ｄ）第４運転領域
上記第１〜第３運転領域Ａ１〜Ａ３よりも高速側の第４運転領域Ａ４では、比較的オーソドックスなＳＩ燃焼が実行される。このＳＩ燃焼の実現のために、第４運転領域Ａ４では、ＥＣＵ１００によってエンジンの各部が次のように制御される。
【００８４】
インジェクタ１５は、少なくとも吸気行程と重複する所定の期間にわたって噴射を噴射する。例えば、第４運転領域Ａ４に含まれる運転ポイントＰ５において、インジェクタ１５は、図６のチャート（ｅ）に示すように、吸気行程から圧縮行程にかけた一連の期間にわたって燃料を噴射する。なお、運転ポイントＰ５は、かなり高速かつ高負荷の条件であるため、１サイクル中に噴射すべき燃料の量がそもそも多い上に、所要量の燃料を噴射するのに要するクランク角期間が長期化する。運転ポイントＰ５における燃料の噴射期間が既述の他の運転ポイント（Ｐ１〜Ｐ４）のいずれよりも長いのはこのためである。
【００８５】
点火プラグ１６は、圧縮上死点の近傍で混合気に点火する。例えば、上記運転ポイントＰ５において、点火プラグ１６は、圧縮上死点よりもやや進角側のタイミングで混合気に点火する。そして、この点火をきっかけにＳＩ燃焼が開始され、燃焼室６内の混合気の全てが火炎伝播により燃焼する。
【００８６】
過給機３３はＯＮ状態とされる。すなわち、電磁クラッチ３４が締結されて過給機３３とエンジン本体１とが連結されることにより、過給機３３による過給が行われる。またこのとき、サージタンク３６内の圧力（過給圧）が目標圧力に一致するようにバイパス弁３９の開度が制御される。
【００８７】
スロットル弁３２は全開とされる。
【００８８】
ＥＧＲ弁５３は、燃焼室６内の空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比もしくはこれよりややリッチとなるように、その開度が制御される。一方、燃焼室６内のガス空燃比（Ｇ／Ｆ）は、エンジンの最高負荷の近傍を除いていずれもリーンとされる。
【００８９】
スワール弁１８は全開とされる。これにより、第１吸気ポート９Ａだけでなく第２吸気ポート９Ｂが完全に開放されて、エンジンの充填効率が高められる。
【００９０】
（４）ＳＩ率について
上述したように、当実施形態では、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とをミックスしたＳＰＣＣＩ燃焼が第１運転領域Ａ１および第２運転領域Ａ２において実行されるが、このＳＰＣＣＩ燃焼では、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼との比率を運転条件に応じてコントロールすることが重要になる。
【００９１】
ここで、当実施形態では、上記比率として、ＳＰＣＣＩ燃焼（ＳＩ燃焼およびＣＩ燃焼）による全熱発生量に対するＳＩ燃焼による熱発生量の割合であるＳＩ率を用いる。図７は、このＳＩ率を説明するための図であり、ＳＰＣＣＩ燃焼が起きたときの熱発生率（Ｊ／ｄｅｇ）のクランク角による変化を示している。図７の波形における変曲点Ｘは、燃焼形態がＳＩ燃焼からＣＩ燃焼に切り替わるときに現れる変曲点であり、この変曲点Ｘに対応するクランク角θｃｉを、ＣＩ燃焼の開始時期と定義することができる。そして、このθｃｉ（ＣＩ燃焼の開始時期）よりも進角側に位置する熱発生率の波形の面積Ｑ１をＳＩ燃焼による熱発生量とし、θｃｉよりも遅角側に位置する熱発生率の波形の面積Ｑ２をＣＩ燃焼による熱発生率とする。これにより、（ＳＩ燃焼による熱発生量）／（ＳＰＣＣＩ燃焼による熱発生量）で定義される上述したＳＩ率は、上記各面積Ｑ１，Ｑ２を用いて、Ｑ１／（Ｑ１＋Ｑ２）で表すことができる。つまり、当実施形態では、ＳＩ率＝Ｑ１／（Ｑ１＋Ｑ２）である。
【００９２】
ＣＩ燃焼の場合は混合気が自着火により同時多発的に燃焼するため、火炎伝播によるＳＩ燃焼と比べて熱発生率が高くなり易く、大きな騒音が発生し易い。このため、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ率（＝Ｑ１／（Ｑ１＋Ｑ２））は、総じて、負荷が高いほど大きくすることが望ましい。これは、負荷が高い場合は低い場合に比べて、燃料の噴射量が多く燃焼室６内でのトータルの熱発生量が大きいため、ＳＩ率を小さくする（つまりＣＩ燃焼の割合を増やす）と大きな騒音が発生するからである。逆に、ＣＩ燃焼は熱効率の面では優れているため、騒音が問題にならない限り、できるだけ多くの燃料をＣＩ燃焼させるのが好ましい。このため、ＳＰＣＣＩ燃焼におけるＳＩ率は、総じて、負荷が低いほど小さくする（つまりＣＩ燃焼の割合を増やす）ことが望ましい。このような観点から、当実施形態では、負荷が高いほどＳＩ率が大きくなるように（言い換えると負荷が低いほどＳＩ率が小さくなるように）、目標とするＳＩ率（目標ＳＩ率）がエンジンの運転条件に応じて予め定められており、この目標ＳＩ率が実現されるように、点火時期、燃料の噴射量／噴射時期、および筒内状態量といった制御量の目標値がそれぞれ定められている。なお、ここでいう筒内状態量とは、例えば、燃焼室６内の温度やＥＧＲ率等である。ＥＧＲ率には、燃焼室６内の全ガスに対する外部ＥＧＲガス（ＥＧＲ通路５１を通じて燃焼室６に還流される排気ガス）の割合である外部ＥＧＲ率と、燃焼室６内の全ガスに対する内部ＥＧＲガス（燃焼室６に残留する既燃ガス）の割合である内部ＥＧＲ率とが含まれる。
【００９３】
例えば、点火時期が進角されるほど、多くの燃料がＳＩ燃焼により燃焼することになり、ＳＩ率が高くなる。また、燃料の噴射時期が進角されるほど、多くの燃料がＣＩ燃焼により燃焼することになり、ＳＩ率が低くなる。あるいは、燃焼室６の温度が高くなるほど、多くの燃料がＣＩ燃焼により燃焼することになり、ＳＩ率が低くなる。
【００９４】
上記のような傾向に基づいて、当実施形態では、点火時期、燃料の噴射量／噴射時期、および筒内状態量（温度、ＥＧＲ率等）の各目標値が、上述した目標ＳＩ率を実現可能な組合せになるように運転条件ごとに予め定められている。ＳＰＣＣＩ燃焼による運転時（つまり第１・第２運転領域Ａ１，Ａ２での運転時）、ＥＣＵ１００は、これら制御量の目標値に基づいて、インジェクタ１５、点火プラグ１６、ＥＧＲ弁５３、吸・排気ＶＶＴ１３ａ，１４ａ等を制御する。例えば、点火時期の目標値に基づいて点火プラグ１６を制御するとともに、燃料の噴射量／噴射時期の目標値に基づいてインジェクタ１５を制御する。また、燃焼室６の温度およびＥＧＲ率の各目標値に基づいてＥＧＲ弁５３および吸・排気ＶＶＴ１３ａ，１４ａを制御し、ＥＧＲ通路５１を通じた排気ガス（外部ＥＧＲガス）の還流量や内部ＥＧＲによる既燃ガス（内部ＥＧＲガス）の残留量を調整する。
【００９５】
なお、目標ＳＩ率がエンジンの運転条件ごとに予め定められている当実施形態では、この目標ＳＩ率に適合する燃焼が行われた場合のＣＩ燃焼の開始時期θｃｉもおのずと定まっていることになる。以下の説明では、このように目標ＳＩ率に基づき定まっているＣＩ燃焼の開始時期を標準θｃｉと称する。この標準θｃｉは、後述するフローチャート（図８のステップＳ４）において目標θｃｉを決定するときの基準となる。
【００９６】
（５）ノック指標値に応じた制御
ここで、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とをミックスしたＳＰＣＣＩ燃焼では、ＳＩ燃焼およびＣＩ燃焼のそれぞれに起因したノッキングが起きる可能性がある。ＳＩ燃焼に起因したノッキングをＳＩノック、ＣＩ燃焼に起因したノッキングをＣＩノックとすると、ＳＩノックとは、混合気がＳＩ燃焼した領域の外側の未燃ガスが異常な局所自着火（正常なＣＩ燃焼とは明確に異なる局所自着火）により急速燃焼する現象のことであり、ＣＩノックとは、ＣＩ燃焼による圧力変動に起因してエンジンの主要部品（シリンダブロック／ヘッド、ピストン、クランクジャーナル部など）が共振する現象のことである。ＳＩノックは、局所自着火により燃焼室６内で気柱振動が起きることにより、約６．３ｋＨｚの周波数をもった大きな騒音として出現する。一方、ＣＩノックは、上記エンジンの主要部品の共振が起きることにより、約１〜４ｋＨｚの周波数（より厳密には当該範囲に含まれる複数の周波数）をもった大きな騒音として出現する。このように、ＳＩノックとＣＩノックとは、異なる原因に起因した異なる周波数の騒音として出現するものであり、ＣＩノック時の騒音の周波数の方が、ＳＩノック時の騒音の周波数よりも低くなる。
【００９７】
上記のようなＳＩノックおよびＣＩノックは、いずれも、車室内の乗員に耳障りな騒音として検知されるため、ＳＩノックとＣＩノックとがともに起きないようにＳＰＣＣＩ燃焼を制御する必要がある。そこで、当実施形態では、ＳＩノックと相関のあるＳＩノック指標値と、ＣＩノックと相関のあるＣＩノック指標値とを、筒内圧センサＳＮ２の検出値に基づいて特定し、特定した各ノック指標値に基づいてＳＰＣＣＩ燃焼を制御する。なお、当実施形態において、ＳＩノック指標値とは、ＳＩノックの発生に伴い増大する６．３ｋＨｚ付近の騒音を代表する値であり、ＣＩノック指標値とは、ＣＩノックの発生に伴い増大する１〜４ｋＨｚ付近の騒音を代表する値である。これら各ノック指標値は、後で詳しく述べるように、筒内圧センサＳＮ２による検出波形をフーリエ変換することにより算出される。
【００９８】
図８は、ＳＰＣＣＩ燃焼時、つまり図５に示した第１運転領域Ａ１および第２運転領域Ａ２での運転時にＥＣＵ１００によって行われる制御の具体的手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示す制御がスタートすると、ＥＣＵ１００は、クランク角センサＳＮ１により検出されるエンジン回転速度と、アクセルセンサＳＮ９の検出値（アクセル開度）やエアフローセンサＳＮ３の検出値（吸気流量）等から特定されるエンジン負荷とに基づいて、インジェクタ１５からの燃料の噴射量および噴射時期を決定する（ステップＳ１）。なお、上記（４）で説明したとおり、当実施形態では、エンジンの運転条件に応じて目標ＳＩ率が予め定められているとともに、この目標ＳＩ率を実現するための燃料の噴射量／噴射時期がエンジンの運転条件ごとに予め定められている。上記ステップＳ１で決定される燃料の噴射量／噴射時期は、この目標ＳＩ率を実現するための噴射量／噴射時期である。
【００９９】
次いで、ＥＣＵ１００は、現時点の運転条件下で許容できるＳＩノック指標値の上限であるＳＩノック指標値の許容限界Ｗ１（図１１（ａ））を決定するとともに（ステップＳ２）、同じく現時点の運転条件下で許容できるＣＩノック指標値の上限であるＣＩノック指標値の許容限界Ｗ２（図１１（ｂ））を決定する（ステップＳ３）。
【０１００】
具体的に、上記ステップＳ２において、ＥＣＵ１００は、クランク角センサＳＮ１により検出されるエンジン回転速度と、アクセルセンサＳＮ９の検出値（アクセル開度）等から特定されるエンジン負荷と、図１１（ａ）に示されるマップＭ１とに基づいて、ＳＩノック指標値の許容限界Ｗ１を特定する。同様に、上記ステップＳ３において、ＥＣＵ１００は、上記エンジン回転速度／負荷と、図１１（ｂ）に示されるマップＭ２とに基づいて、ＣＩノック指標値の許容限界Ｗ２を特定する。
【０１０１】
図１１（ａ）のマップＭ１は、ＳＩノック指標値の基本限界Ｖ１をエンジン回転速度／負荷ごとに規定したマップであり、図１１（ｂ）のマップＭ２は、ＣＩノック指標値の基本限界Ｖ２をエンジン回転速度／負荷ごとに規定したマップである。これらのマップＭ１，Ｍ２は、ＥＣＵ１００に予め記憶されている。各マップＭ１，Ｍ２において、ＳＩ／ＣＩノック指標値の基本限界Ｖ１，Ｖ２は、エンジン回転速度／負荷が高くなるほど大きくなるように定められている。すなわち、各基本限界Ｖ１，Ｖ２は、エンジン回転速度および負荷のいずれが高くなっても大きくなる値であり、エンジン回転速度および負荷がともに低い低回転・低負荷の条件のときが最も小さく、エンジン回転速度および負荷がともに高い高回転・高負荷の条件のときが最も大きくなる。これは、低回転・低負荷条件であるほど小さな騒音でも感知され易い（逆に言えば高回転・高負荷条件であるほど大きな騒音でも感知され難い）からである。
【０１０２】
上記ステップＳ２，Ｓ３において、ＥＣＵ１００は、上記各センサＳＮ１，ＳＮ９の検出値等から特定される現時点のエンジンの運転条件（回転速度／負荷）を上記図１１（ａ）（ｂ）のマップＭ１，Ｍ２にそれぞれ照合することにより、現運転条件に対応するＳＩノック指標値の基本限界Ｖ１ｘと、現運転条件に対応するＣＩノック指標値の基本限界Ｖ２ｘとを特定する。そして、これら基本限界Ｖ１ｘ，Ｖ２ｘから、過去に取得されたＳＩ／ＣＩノック指標値のバラつきに基づく余裕代ａ，ｂを差し引いた値を、ＳＩ／ＣＩノック指標値のそれぞれの許容限界Ｗ１，Ｗ２として決定する。すなわち、現運転条件に対応するＳＩノック指標値の基本限界Ｖ１ｘをマップＭ１（図１１（ａ））を用いて特定するとともに、当該基本限界Ｖ１ｘから、過去に取得されたＳＩノック指標値のバラつきに基づく余裕代ａを差し引いた値を、ＳＩノック指標値の許容限界Ｗ１として決定する。同様に、現運転条件に対応するＣＩノック指標値の基本限界Ｖ２ｘをマップＭ２（図１１（ｂ））を用いて特定するとともに、当該基本限界Ｖ２ｘから、過去に取得されたＣＩノック指標値のバラつきに基づく余裕代ｂを差し引いた値を、ＣＩノック指標値の許容限界Ｗ２として決定する。
【０１０３】
なお、上記の処理において各基本限界Ｖ１ｘ，Ｖ２ｘから差し引かれる余裕代ａ，ｂは、過去に取得されたＳＩ／ＣＩノック指標値の履歴より求められるものであり（後述するステップＳ１１）、所定期間に亘って蓄積された過去のＳＩ／ＣＩノック指標値の標準偏差に対応している。このようにＳＩ／ＣＩノック指標値のバラつき（標準偏差）を考慮して許容限界Ｗ１，Ｗ２を決定するのは、燃焼サイクルごとの騒音バラつきが大きいにもかかわらずノック指標値の許容限界が一定であると、許容限界を超えるような大きな騒音の燃焼が偶発的に起きる可能性が高くなるからである。言い換えると、許容限界を超えるような大きな騒音の燃焼が騒音バラつきの程度によらずどの燃焼サイクルでも起きないことを担保するために、上記のとおりバラつき（標準偏差）を考慮した許容限界Ｗ１，Ｗ２を設定しているのである。
【０１０４】
次いで、ＥＣＵ１００は、目標とするＣＩ燃焼の開始時期である目標θｃｉを決定する（ステップＳ４）。この目標θｃｉは、ＳＩ燃焼からＣＩ燃焼に切り替わるクランク角（図７に示したクランク角θｃｉ）の目標値であり、ＳＩ／ＣＩノック指標値を許容限界Ｗ１，Ｗ２以下に抑えることを目的に決定される。
【０１０５】
図９は、目標θｃｉを決定する上記ステップＳ４の制御の具体的手順を示すサブルーチンである。このサブルーチンに示す制御がスタートすると、ＥＣＵ１００は、クランク角センサＳＮ１により検出されるエンジン回転速度と、アクセルセンサＳＮ９の検出値等から特定されるエンジン負荷と、上記ステップＳ２で決定されたＳＩノック指標値の許容限界Ｗ１と、図１２（ａ）に示されるマップＭ３とに基づいて、ＳＩノック指標値を許容限界Ｗ１以下に抑え得る限界のＣＩ燃焼の開始時期である第１θｃｉ限界を決定する（ステップＳ２１）。同様に、ＥＣＵ１００は、上記エンジン回転速度／負荷と、上記ステップＳ３で決定されたＣＩノック指標値の許容限界Ｗ２と、図１２（ｂ）に示されるマップＭ４とに基づいて、ＣＩノック指標値を許容限界Ｗ２以下に抑え得る限界のＣＩ燃焼の限界の開始時期である第２θｃｉ限界を決定する（ステップＳ２２）。
【０１０６】
図１２（ａ）のマップＭ３は、θｃｉ（ＣＩ燃焼の開始時期）とＳＩノック指標値との標準的な関係を規定したマップであり、請求項にいう「第１の特性」に対応している。また、図１２（ｂ）のマップＭ４は、θｃｉとＣＩノック指標値との標準的な関係を規定したマップであり、請求項にいう「第２の特性」に対応している。より具体的に、マップＭ３は、エンジン回転速度を一定（Ｎ１）としかつエンジン負荷を種々変化させた場合に得られるＳＩノック指標値の標準的な特性を規定しており、横軸はθｃｉを、縦軸はＳＩノック指標値（予測値）をそれぞれ表している。また、マップＭ４は、エンジン回転速度を一定（Ｎ１）としかつエンジン負荷を種々変化させた場合に得られるＣＩノック指標値の標準的な特性を規定しており、横軸はθｃｉを、縦軸はＣＩノック指標値（予測値）をそれぞれ表している。これらのマップＭ３，Ｍ４は、ＥＣＵ１００に予め記憶されている。なお、図１２（ａ）（ｂ）では便宜上、低負荷、中負荷、高負荷の３種類の負荷のみを示しているが、これら３種類の負荷以外における特性も上記各マップＭ３，Ｍ４には含まれている。また、上記マップＭ３，Ｍ４はエンジン回転速度を一定（Ｎ１）とした場合のものであるが、これとは異なる種々のエンジン回転速度に対し作成されたマップについても、上記マップＭ３，Ｍ４と同様にそれぞれＥＣＵ１００に記憶されている。エンジン回転速度／負荷が各マップＭ３，Ｍ４に規定のない値である場合には、例えば線形補完によりＳＩ／ＣＩノック指標値を予測することができる。このように、当実施形態では、エンジン回転速度／負荷が異なる種々の条件下でθｃｉを変化させた場合に、これに伴ってＳＩ／ＣＩノック指標値がどのように変化するかを、図１２（ａ）（ｂ）の各マップＭ３，Ｍ４を用いて予測できるようになっている。
【０１０７】
上記ステップＳ２１において、ＥＣＵ１００は、上記ステップＳ２で決定されたＳＩノック指標値の許容限界Ｗ１を図１２（ａ）のマップＭ３に照合することにより、ＳＩノック指標値が当該許容限界Ｗ１に一致するようなθｃｉを特定し、これを上述した第１θｃｉ限界として決定する。同様に、上記ステップＳ２２において、ＥＣＵ１００は、上記ステップＳ３で決定されたＣＩノック指標値の許容限界Ｗ２を図１２（ｂ）のマップＭ４に照合することにより、ＣＩノック指標値が当該許容限界Ｗ２に一致するようなθｃｉを特定し、これを上述した第２θｃｉ限界として決定する。
【０１０８】
次いで、ＥＣＵ１００は、上記ステップＳ２１で決定された第１θｃｉ限界と、上記ステップＳ２２で決定された第２θｃｉ限界とを比較して、両者のうちの遅い方を最終θｃｉ限界として決定する（ステップＳ２３）。なお、場合によっては、第１θｃｉ限界と第２θｃｉ限界とが完全に同一になることもあり得るが、このような場合は、第１θｃｉ限界および第２θｃｉ限界の双方に一致する値が最終θｃｉ限界として決定されることになる。
【０１０９】
次いで、ＥＣＵ１００は、上記ステップＳ２３で決定された最終θｃｉ限界が、予め定められた標準θｃｉよりも遅角側であるか否かを判定する（ステップＳ２４）。なお、ここでいう標準θｃｉとは、上記（４）で説明したとおり、運転条件ごとに予め定められた目標ＳＩ率を達成するような燃焼（いわば狙い通りのＳＰＣＣＩ燃焼）が実現できた場合に得られるＣＩ燃焼の開始時期のことである。
【０１１０】
上記ステップＳ２４でＹＥＳと判定されて最終θｃｉ限界が標準θｃｉよりも遅角側であることが確認された場合、ＥＣＵ１００は、最終θｃｉ限界を目標θｃｉとして決定する（ステップＳ２５）。
【０１１１】
一方、上記ステップＳ２４でＮＯと判定されて最終θｃｉ限界が標準θｃｉよりも遅角側でないこと、つまり最終θｃｉ限界と標準θｃｉとが同一であるかもしくは最終θｃｉ限界が標準θｃｉよりも進角側であることが確認された場合、ＥＣＵ１００は、標準θｃｉを目標θｃｉとして決定する（ステップＳ２６）。
【０１１２】
以上のようにして目標θｃｉの決定処理が終了すると、ＥＣＵ１００は、クランク角センサＳＮ１の検出値に基づいて、予め定められた特定クランク角が到来したか否かを判定する（ステップＳ５）。この特定クランク角は、点火プラグ１６による点火時期を決定するタイミングとして予め定められたものであり、例えば圧縮上死点前６０°ＣＡ程度に定められている。
【０１１３】
上記ステップＳ５でＹＥＳと判定されて特定クランク角が到来したことが確認された場合、ＥＣＵ１００は、上記ステップＳ４で決定された目標θｃｉを実現するための点火時期を決定する（ステップＳ６）。ここで、当実施形態では、エンジンの運転条件ごとに、目標ＳＩ率と、当該目標ＳＩ率に対応する標準θｃｉと、これら目標ＳＩ率／標準θｃｉを実現するための点火時期、燃料の噴射量／噴射時期、および筒内状態量（温度、ＥＧＲ率等）の各目標値が予め定められているので、これらの各目標値を基準に点火時期を決定することができる。例えば、標準θｃｉと目標θｃｉとのずれ量と、上記特定クランク角時点での筒内状態量とに基づいて、目標θｃｉを実現するための点火時期を決定することができる。
【０１１４】
すなわち、標準θｃｉと目標θｃｉとのずれ量が大きいほど、標準θｃｉに対応して定められた点火時期の当初の目標値（以下、これを仮点火時期という）から大きくずらした時期を点火時期として決定する必要があり、また、上記特定クランク角時点での筒内状態量がその目標値から大きくずれているほど、やはり仮点火時期から大きくずらした時期を点火時期として決定する必要がある。一方、上記ステップＳ１で説明したとおり、当実施形態では、燃料の噴射量／噴射時期として当初の目標値がそのまま採用されるので、これら燃料の噴射量／噴射時期のずれ量は考慮しなくてよい。上記ステップＳ６では、以上のような事情に基づき予め用意された所定の演算式を用いて、標準θｃｉと目標θｃｉとのすれ量と、筒内状態量の目標値に対するずれ量とから、点火プラグ１６による点火時期を決定する。筒内状態量つまり燃焼室６の温度やＥＧＲ率等は、例えば第２吸気温センサＳＮ６、第２吸気圧センサＳＮ７、差圧センサＳＮ８等の検出値から予測することができる。なお、目標θｃｉが標準θｃｉと同一であり、しかも上記特定クランク角時点での筒内状態量が目標値と同一である場合には、仮点火時期がそのまま点火時期として採用されることになる。
【０１１５】
次いで、ＥＣＵ１００は、上記ステップＳ１で決定された燃料の噴射量／噴射時期と、上記ステップＳ６で決定された点火時期と、上記特定クランク角時点での筒内状態量およびエンジン回転速度とに基づいて、１サイクル中に燃焼室６に噴射される燃料のうちその半分の質量に相当する燃料（５０％質量分）が燃焼した時点である燃焼重心を予測する（ステップＳ７）。このステップＳ７の予測処理は、予め用意された予測モデルに基づいて行われる。
【０１１６】
次いで、ＥＣＵ１００は、上記ステップＳ７で予測された燃焼重心を含む所定期間を、後述するステップＳ１０のＳＩ／ＣＩノック指標値算出のために筒内圧力を検出する期間として決定する（ステップＳ８）。この筒内圧力を検出する期間（以下、検出期間という）は、上記燃焼重心を含む有限かつ一連の期間となるように定められる。検出期間は、時間を基準に設定される期間であってもよいし、クランク角を基準に設定される期間であってもよい。クランク角を基準とする場合、例えば、燃焼重心から４０°ＣＡだけ進角したクランク角から４０°ＣＡだけ遅角したクランク角までの間を上記検出期間として決定することができる（後述する図１３参照）。
【０１１７】
次いで、ＥＣＵ１００は、上記ステップＳ６で決定された点火時期にて点火プラグ１６に点火を行わせ、この点火をきっかけに混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させる（ステップＳ９）。
【０１１８】
次いで、ＥＣＵ１００は、上記ステップＳ８で決定された検出期間中に筒内圧センサＳＮ２により検出された筒内圧力の波形に基づいて、ＳＩノック指標値およびＣＩノック指標値をそれぞれ算出する（ステップＳ１０）。
【０１１９】
図１０は、ＳＩ／ＣＩノック指標値を算出する上記ステップＳ１０の制御の具体的手順を示すサブルーチンである。このサブルーチンに示す制御がスタートすると、ＥＣＵ１００は、上記検出期間中に筒内圧センサＳＮ２により検出された筒内圧力の波形を読み込む（ステップＳ３１）。
【０１２０】
図１３は、上記ステップＳ３１で読み込まれた筒内圧力の波形の一例を示すグラフである。なお、グラフの横軸に表示されるクランク角は、圧縮上死点を０°ＣＡとした場合のクランク角（ｄｅｇ．ＡＴＤＣ）である。この例において、燃焼重心はＡＴＤＣ２０°ＣＡ付近と予測されており、この燃焼重心の前後の４０°ＣＡを合わせた期間（ＡＴＤＣ−２０°ＣＡからＡＴＤＣ６０°ＣＡまでの期間）が検出期間とされている。この検出期間内の検出波形には、点火プラグ１６による点火に起因して生じるノイズである点火ノイズが含まれている。
【０１２１】
次いで、ＥＣＵ１００は、上記ステップＳ３１で読み込まれた筒内圧力の波形に対し所定の窓関数を適用し、点火ノイズを除去する（ステップＳ３２）。
【０１２２】
図１４は、上記ステップＳ３２で用いられる窓関数（以下、点火ノイズ除去窓関数という）を示すグラフである。この図１４のグラフでは、点火ノイズ除去窓関数を実線で示す一方、フーリエ解析において一般的に用いられる窓関数（いわゆるハニング窓関数）を一点鎖線で示している。両者の比較から明らかなように、点火ノイズ除去窓関数は、ハニング窓関数と異なり、点火時期の前後の所定期間に亘って関数値がゼロとなるように改変されている。このような点火ノイズ除去窓関数を図１３の圧力波形に適用することにより、図１５において実線で示すように、点火ノイズが除去された圧力波形が得られることになる。なお、図１５の一点鎖線の波形は、上述したハニング窓関数を適用した場合の圧力波形であり、この場合は点火ノイズが残っていることが分かる。
【０１２３】
次いで、ＥＣＵ１００は、図１５に実線で示した圧力波形、つまり筒内圧力の検出波形に点火ノイズ除去窓関数を適用して得られた波形をフーリエ解析し、周波数成分ごとの振幅を求める（ステップＳ３３）。図１６は、このフーリエ解析により得られた周波数スペクトルを示すグラフである。このグラフに示すように、上記ステップＳ３３による解析結果、つまり点火ノイズ除去関数の適用後の波形をフーリエ解析して得られるスペクトル（実線）は、ハニング窓関数を適用した場合のスペクトル（破線）と比較して、各周波数成分の振幅が大きく異なっていることが分かる。すなわち、点火ノイズ除去関数を適用してからフーリエ解析する当実施形態の方法によれば、点火ノイズに起因した余計な周波数成分が混じることがなく、筒内圧力の波形における本来の周波数成分を正確に抽出できている。
【０１２４】
次いで、ＥＣＵ１００は、上記ステップＳ３３によるフーリエ解析の結果（周波数スペクトル）を１／３オクターブバンド化処理する（ステップＳ３４）。１／３オクターブバンド化処理とは、周波数スペクトルの各オクターブ領域（ある周波数からその２倍の周波数までの領域）をそれぞれ３分割し、各分割帯域の筒内圧レベル（ＣＰＬ）を算出する処理のことである。これにより、例えば図１７に示すように、‥‥１ｋＨｚ、１．２５ｋＨｚ、１．６ｋＨｚ、２ｋＨｚ、２．５ｋＨｚ、３．１５ｋＨｚ、４ｋＨｚ、５ｋＨｚ、６．３ｋＨｚ、８．０ｋＨｚ‥‥をそれぞれ中心周波数とする各帯域の筒内圧レベルが特定されることになる。
【０１２５】
次いで、ＥＣＵ１００は、上記ステップＳ３４による１／３オクターブバンド化処理の結果（図１７）に基づいて、ＳＩノック指標値とＣＩノック指標値とをそれぞれ算出する（ステップＳ３５，Ｓ３６）。具体的に、ＥＣＵ１００は、図１７において「◆」のプロットで示す筒内圧レベル、つまり、６．３ｋＨｚを中心周波数とする帯域の筒内圧レベルを、ＳＩノック指標値として算出する（ステップＳ３５）。また、ＥＣＵ１００は、図１７において「◇」のプロットで示す筒内圧レベル、つまり、１ｋＨｚ、１．２５ｋＨｚ、１．６ｋＨｚ、２ｋＨｚ、２．５ｋＨｚ、３．１５ｋＨｚ、４ｋＨｚをそれぞれ中心周波数とする各帯域の筒内圧レベルの平均値を、ＣＩノック指標値として算出する（ステップＳ３６）。上述したとおり、ＳＩノックが発生すると６．３ｋＨｚ付近の騒音が増大し、ＣＩノックが発生すると１〜４ｋＨｚ付近の騒音が増大することから、６．３ｋＨｚ帯域の筒内圧レベルはＳＩノックの発生時に特に高くなり、１〜４ｋＨｚ（１ｋＨｚ、１．２５ｋＨｚ、‥‥４ｋＨｚ）帯域の筒内圧レベルの平均値はＣＩノックの発生時に特に高くなるはずである。そこで、当実施形態では、前者をＳＩノック指標値として算出し、後者をＣＩノック指標値として算出するようにしている。
【０１２６】
図８に戻って、ＥＣＵ１００は、上記ステップＳ３５で算出された最新のＳＩノック指標値と、過去に蓄積された複数のＳＩノック指標値とに基づいて、ＳＩノック指標値の標準偏差を算出・更新するとともに、上記ステップＳ３６で算出された最新のＣＩノック指標値と、過去に蓄積された複数のＣＩノック指標値とに基づいて、ＣＩノック指標値の標準偏差を算出・更新する（ステップＳ１１）。このようにして更新されるＳＩ／ＣＩノック指標値の標準偏差は、次に、ＳＩ／ＣＩノック指標値の許容限界Ｗ１，Ｗ２を決定する際に余裕代ａ，ｂ（図１１）として利用される。なお、ＳＩ／ＣＩノック指標値の標準偏差は、例えば、直近の所定期間に亘って蓄積されたＳＩ／ＣＩノック指標値から求められるものであってもよいし、同様の運転条件ごとに分類して蓄積されたＳＩ／ＣＩ指標値から求められるものであってもよい。
【０１２７】
次いで、ＥＣＵ１００は、上記検出期間中の筒内圧力の波形に基づいて燃焼重心を算出するとともに、算出した燃焼重心に基づいて燃焼重心の予測モデルを修正する（ステップＳ１２）。すなわち、ＥＣＵ１００は、上記検出期間中に筒内圧センサＳＮ２により検出された筒内圧力の波形に基づいて、燃焼に伴う発生熱量（熱発生量）をクランク角ごとに予測するとともに、このクランク角ごとの熱発生量のデータに基づいて、燃料の５０％質量分が燃焼した時点である燃焼重心を算出する。そして、この算出した燃焼重心と上記ステップＳ７で予測された燃焼重心とのずれ量に基づいて、燃焼重心を予測するための予測モデルを修正する。この予測モデルの修正は、次回以降に同様の条件下で燃焼重心を予測するときの精度向上（予測値と実際値とのずれ量の抑制）につながる。
【０１２８】
（６）作用効果
以上説明したように、当実施形態では、ＳＩ燃焼領域の外側の未燃ガスが異常な局所自着火により急速燃焼する（それにより６．３ｋＨｚ付近の騒音が発生する）ＳＩノックと相関のあるＳＩノック指標値と、ＣＩ燃焼に起因してエンジン部品が共振する（それにより１〜４ｋＨｚ付近の騒音が発生する）ＣＩノックと相関のあるＣＩノック指標値とが、筒内圧センサＳＮ２による筒内圧力の検出値に基づき特定されるとともに、この特定されたＳＩ／ＣＩノック指標値に基づいて、各指標値がそれぞれの許容限界Ｗ１，Ｗ２を超えないように点火時期を調整する等の制御が実行される。このような構成によれば、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とをミックスしたＳＰＣＣＩ燃焼の実行時、つまり、ＳＩ燃焼に起因したＳＩノックとＣＩ燃焼に起因したＣＩノックとの双方が懸念される運転時に、これらＳＩノックおよびＣＩノックが顕在化するのをともに回避することができ、各ノックに起因した耳障りな騒音等が乗員に感知されるのを効果的に抑制することができる。これにより、エンジンの燃費性能を向上させつつその静粛性を十分に確保することができる。
【０１２９】
また、上記実施形態では、ＣＩ燃焼の開始時期（ＳＩ燃焼からＣＩ燃焼への切り替え時期）の目標値である目標θｃｉが、ＳＩノック指標値およびＣＩノック指標値がそれぞれの許容限界Ｗ１，Ｗ２を超えないような時期に決定されるとともに、この決定された目標θｃｉが実現されるように点火時期が制御されるので、ＳＩノックおよびＣＩノックの双方に対し影響力が大きい目標θｃｉを調整することにより、ＳＩノックおよびＣＩノックをそれぞれ適正に抑制することができる。
【０１３０】
具体的に、上記実施形態では、ＣＩ燃焼の開始時期θｃｉとＳＩノック指標値との関係を規定したマップＭ３に基づいて、ＳＩノック指標値をその許容限界Ｗ１以下に抑え得る限界のＣＩ燃焼の開始時期である第１θｃｉ限界が求められるとともに、ＣＩ燃焼の開始時期θｃｉとＣＩノック指標値との関係を規定したマップＭ４に基づいて、ＣＩノック指標値をその許容限界Ｗ２以下に抑え得る限界のＣＩ燃焼の開始時期である第２θｃｉ限界が求められ、これら第１θｃｉ限界および第２θｃｉ限界のいずれよりも早くない時期が目標θｃｉとして決定される。例えば、第１・第２θｃｉ限界のうち遅い方に対応する時期が目標θｃｉとして決定されるか、もしくは、第１・第２θｃｉ限界のいずれよりも遅い時期（当初の目標値である標準θｃｉが第１・第２θｃｉ限界よりも遅角側であった場合における標準θｃｉ）が、上記目標θｃｉとして決定される。このような構成によれば、ＳＩノック指標値を許容限界Ｗ１以下に抑えるための第１θｃｉ限界と、ＣＩノック指標値を許容限界Ｗ２以下に抑えるための第２θｃｉ限界とを、予め定められた特性マップＭ３，Ｍ４を用いて適正に導き出せるとともに、これら第１・第２θｃｉ限界よりも早い時期にＣＩ燃焼が開始されないように点火時期を制御することにより、ＳＩノック指標値およびＣＩノック指標値の双方を確実に許容限界Ｗ１，Ｗ２以下に抑えることができる。
【０１３１】
また、上記実施形態では、気筒への供給燃料の５０％質量分が燃焼した時点である燃焼重心を少なくとも含む有限の期間として定められた所定期間（図１３等に検出期間として示した期間）に亘り筒内圧センサＳＮ２が検出した筒内圧力に基づいて、ＳＩノック指標値およびＣＩノック指標値が特定されるので、前段のＳＩ燃焼の期間と後段のＣＩ燃焼の期間との双方に跨る期間における検出圧力に基づきＳＩ／ＣＩノック指標値をそれぞれ適正に算出することができる。また、ＳＩノックおよびＣＩノックと関係のない期間（燃焼以外の期間）中に検出された筒内圧力をＳＩ／ＣＩノック指標値算出のための分析対象から除外できるので、ＳＩ／ＣＩノック指標値の算出に要する負担を軽減することができる。
【０１３２】
また、上記実施形態では、上記所定期間（検出期間）中に検出された筒内圧力の波形がフーリエ解析されて、ＳＩノックと相関する周波数成分の強度、つまり６．３ｋＨｚを中心周波数とする帯域の筒内圧レベルが、ＳＩノック指標値として算出されるとともに、ＣＩノックと相関する周波数成分の強度、つまり１〜４ｋＨｚを中心周波数とする複数の帯域の筒内圧レベルの平均値がＣＩノック指標値として算出されるので、発生原因の異なるＳＩノックおよびＣＩノックの程度を、各ノックに対応する異なる周波数成分の強度として精度よく捉えることができる。
【０１３３】
（７）変形例
上記実施形態では、筒内圧センサＳＮ２（検出部）により検出された筒内圧力に基づいてＳＩノック指標値およびＣＩノック指標値を特定したが、これらＳＩ／ＣＩノック指標値を特定するために検出が必要なパラメータは、燃焼に伴い生じる騒音に関連するパラメータであればよく、筒内圧力はその一例に過ぎない。例えば、エンジン本体１の振動（振動加速度）や、エンジン本体１から発せられる騒音そのものを上記パラメータとして検出してもよい。すなわち、本発明における検出部としては、筒内圧センサ以外にも、エンジン本体の振動を検出する振動センサや、騒音を検出する騒音センサ等を用いることができる。
【０１３４】
上記実施形態では、筒内圧力の検出波形をフーリエ解析することで得られた１ｋＨｚ、１．２５ｋＨｚ、１．６ｋＨｚ、２ｋＨｚ、２．５ｋＨｚ、３．１５ｋＨｚ、４ｋＨｚの各帯域の筒内圧レベルの平均値をＣＩノック指標値として算出したが、これに代えて、各帯域の筒内圧レベルの最大値をＣＩノック指標値として算出してもよい。また、ＣＩノックはエンジン部品との共振現象であり、その共振周波数はおのずといくつかの周波数に限られることから、各共振周波数に最も近い限られた帯域の筒内圧レベルのみを用いてＣＩノック指標値を算出してもよい。言い換えると、上記各帯域のうち共振周波数から遠い一部の帯域の筒内圧レベルについては無視してもよい。
【０１３５】
上記実施形態では、ＳＩノック指標値およびＣＩノック指標値がそれぞれの許容限界Ｗ１，Ｗ２を超えないような目標θｃｉ（ＣＩ燃焼の開始時期θｃｉの目標値）を設定するとともに、この目標θｃｉが実現されるように点火プラグ１６による点火時期を調整したが、点火時期に代えて、もしくは点火時期に加えて、インジェクタ１５からの燃料の噴射時期を調整してもよい。さらには、燃料の噴射時期と噴射量の双方を調整してもよい。
【０１３６】
上記実施形態では、エンジン本体１により機械的に駆動される過給機３３を吸気通路３０に設けたが、このような機械式の過給機３３（スーパーチャージャ）に代えて、電気モータで駆動される電動過給機や、排気ガスのエネルギーにより駆動されるターボ過給機を設けてもよい。
【０１３７】
上記実施形態では、円錐状の隆起部２０ａを囲むような平面視ドーナツ状のキャビティ２０をピストン５の冠面に設けたが、キャビティ２０のうち点火プラグ１６と対向する部分の凹部、つまり隆起部２０ａよりも吸気側に位置する部分の凹部を、これとは反対側（排気側）の凹部よりも小さくなるように形成してもよい。このようにすれば、インジェクタ１５から圧縮行程の後期に燃料を噴射したときに、燃料の噴霧をより迅速に点火プラグ１６の電極の近傍に移動させることができる。
【０１３８】
上記実施形態では、燃焼室６に既燃ガスを残留させる内部ＥＧＲを行う際に、排気上死点を跨いで吸・排気弁１１，１２の双方が開弁するバルブオーバーラップ期間が形成されるように吸・排気ＶＶＴ１３ａ，１４ａを制御したが、これとは逆に、排気上死点を跨いで吸・排気弁１１，１２の双方が閉弁するいわゆるネガティブオーバーラップ期間を形成することで内部ＥＧＲを行うことも可能である。
【０１３９】
上記実施形態では、運転条件ごとに定められた目標ＳＩ率が実現されるように点火時期等の制御目標値を予め定めておき、燃焼騒音が大きい場合（ＳＩ／ＣＩノック指標値が許容限界Ｗ１，Ｗ２を超える場合）には点火時期を補正するというように、ＳＩ／ＣＩノック指標値に基づいたフィードバック制御を行うようにしたが、このような制御に加えて、さらにＳＩ率に基づいたフィードバック制御を行ってもよい。すなわち、筒内圧センサＳＮ２による検出波形等から各回の燃焼（ＳＰＣＣＩ燃焼）におけるＳＩ率を都度算出し、算出したＳＩ率が目標ＳＩ率と一致しない場合には、そのずれ量が小さくなる方向に点火時期や燃料の噴射量／噴射時期等を補正するようにしてもよい。この場合、目標ＳＩ率に近づけるために必要な点火時期等の補正量と、ＳＩ／ＣＩノック指標値がそれぞれの許容限界を超えないために必要な点火時期等の補正量とは、必ずしも一致しないと考えられる。このように両者の補正量が不一致である場合には、後者の補正量（ＳＩ／ＣＩノック指標値に基づく補正量）を採用すればよい。
【０１４０】
また、上記のように各回の燃焼のＳＩ率を算出する場合、このＳＩ率を算出する具体的な方法は種々考えられる。
【０１４１】
例えば、筒内圧センサＳＮ２による検出波形から各クランク角時点での熱発生率を算出し、算出した熱発生率のデータ（波形）に基づいて、図７に示した面積Ｑ１，Ｑ２をそれぞれ算出してもよい。この場合、既に説明したとおり、ＳＩ率＝Ｑ１／（Ｑ１＋Ｑ２）として算出することができるが、これに代えて、ＳＩ率＝Ｑ１／Ｑ２としてもよい。
【０１４２】
もしくは、図１８に示すΔθ１、Δθ２を用いてＳＩ率を算出してもよい。すなわち、ＳＩ燃焼のクランク角期間（変曲点Ｘよりも進角側のクランク角期間）をΔθ１、ＣＩ燃焼のクランク角期間（変曲点Ｘよりも遅角側のクランク角期間）をΔθ２としたときに、ＳＩ率＝Δθ１／（Δθ１＋Δθ２）、もしくはＳＩ率＝Δθ１／Δθ２としてもよい。
【０１４３】
あるいは、ＳＩ燃焼の熱発生率のピークをΔＨ１、ＣＩ燃焼の熱発生率のピークをΔＨ２としたときに、ＳＩ率＝ΔＨ１／（ΔＨ１＋ΔＨ２）、もしくはＳＩ率＝ΔＨ１／ΔＨ２としてもよい。
【符号の説明】
【０１４４】
１  エンジン本体
２  気筒
１５  インジェクタ
１６  点火プラグ
１００  ＥＣＵ（演算部、燃焼制御部、記憶部）
Ｍ３  マップ（第１の特性）
Ｍ４  マップ（第２の特性）
ＳＮ２  筒内圧センサ（検出部）
Ｗ１  （ＳＩノック指標値の）許容限界
Ｗ２  （ＣＩノック指標値の）許容限界
【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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【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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