(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒（４２）の燃焼室（４６）内に燃料を直接噴射するインジェクタ（２７）と、該インジェクタが噴射した燃料を含有する混合気に点火する点火プラグ（２８）と、を有する内燃機関（１００）の制御装置（１０）であって、
前記燃焼室内の混合気の空燃比を取得する空燃比取得部（１１）と、
前記内燃機関から排出される燃焼ガスの窒素酸化物濃度を取得する窒素酸化物濃度取得部（１２）と、
予め定められた所定空燃比以下の混合気が前記点火プラグの近傍に分布している度合である成層度を推定する成層度推定部（１６）と、を備え、
前記成層度推定部は、前記空燃比取得部が取得した空燃比及び前記窒素酸化物濃度取得部が取得した窒素酸化物濃度に基づいて前記成層度を推定することを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記燃焼室内の圧力を取得する圧力取得部（１３）と、
前記燃焼室内の圧力に基づいて燃焼ガスの温度を算出する燃焼ガス温度算出部（１５）と、を備え、
前記成層度推定部は、前記燃焼ガス温度算出部が算出した燃焼ガスの温度に基づいて前記成層度を推定することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記成層度が閾値以上である状態で混合気を燃焼させる成層燃焼モードを実行する成層燃焼モード実行部（１８）と、
前記成層度が前記閾値未満である状態で混合気を燃焼させる均質燃焼モードを実行する均質燃焼モード実行部（１９）と、
前記均質燃焼モードの実行時に、前記空燃比取得部が取得した空燃比と、前記窒素酸化物濃度取得部が取得した窒素酸化物濃度と、の関係を示す照合データを作成する照合データ作成部（１４）と、を備え、
前記成層度推定部は、前記成層燃焼モードの実行時に前記空燃比取得部が取得した空燃比を前記照合データと照合させることによって得られる窒素酸化物濃度と、前記成層燃焼モードの実行時に前記窒素酸化物濃度取得部が取得した窒素酸化物濃度と、の差分に基づいて前記成層度を推定することを特徴とする請求項１又は２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記成層燃焼モード実行部は、前記照合データ作成部が前記照合データを作成した後に前記成層燃焼モードの実行が可能となることを特徴とする請求項３に記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気筒の燃焼室内に燃料を直接噴射するインジェクタと、該インジェクタが噴射した燃料を含有する混合気に点火する点火プラグと、を有する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の内燃機関では、燃焼制御の高度化、複雑化が進んでいる。例えば、気筒の燃焼室内において、混合気をリーンバーン状態で燃焼させる内燃機関が広く普及している。燃料の燃焼をリーンバーン状態に維持することにより、内燃機関の燃費向上を図ることができる。
【０００３】
リーンバーン状態における燃焼の一形態として、成層燃焼と称されるものが知られている。成層燃焼は、点火プラグの近傍に濃密な混合気を分布させる一方で、さらにその周辺には希薄な混合気を分布させた状態で、当該混合気の点火及び燃焼を行うものである。このような分布では、混合気は、燃焼室内全体で考えれば希薄で燃焼困難な空燃比となるものの、点火プラグの近傍だけで考えれば十分に燃焼可能な空燃比となる。成層燃焼は燃費の向上に寄与し得るものの、混合気の分布が不適切なものになると、その燃焼に伴って窒素酸化物や黒煙が発生し易いという課題がある。
【０００４】
このような課題を解決するものとして、下記特許文献１には、燃焼室内における可燃空燃比の混合気の分布傾向である成層燃焼度合を推定する制御装置が記載されている。当該制御装置は、内燃機関が成層燃焼を行っている際に排出する燃焼ガスから空燃比を検出するとともに、その空燃比の波形に基づいて成層燃焼度合を推定している。また、当該制御装置は、推定した成層燃焼度合に基づいて燃料の噴射タイミングを調整し、成層燃焼度合が適切なものに維持されるように制御するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−５４４９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載の制御装置は、燃焼室内における混合気の分布の推定精度が低いものであった。このため、当該分布を適切なものに維持できなくなり、成層燃焼に伴い発生する窒素酸化物等が増加してしまうというおそれがあった。
【０００７】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、予め定められた所定空燃比以下の混合気が点火プラグの近傍に分布している度合である成層度を高い精度で推定可能な制御装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る制御装置は、気筒（４２）の燃焼室（４６）内に燃料を直接噴射するインジェクタ（２７）と、該インジェクタが噴射した燃料を含有する混合気に点火する点火プラグ（２８）と、を有する内燃機関（１００）の制御装置（１０）であって、前記燃焼室内の混合気の空燃比を取得する空燃比取得部（１１）と、前記内燃機関から排出される燃焼ガスの窒素酸化物濃度を取得する窒素酸化物濃度取得部（１２）と、予め定められた所定空燃比以下の混合気が前記点火プラグの近傍に分布している度合である成層度を推定する成層度推定部（１６）と、を備え、前記成層度推定部は、前記空燃比取得部が取得した空燃比及び前記窒素酸化物濃度取得部が取得した窒素酸化物濃度に基づいて前記成層度を推定する。
【０００９】
本発明では、燃焼室内の混合気の空燃比のみならず、内燃機関から排出される燃焼ガスの窒素酸化物濃度に基づいて成層度を推定する。すなわち、成層燃焼が行われた結果として、燃焼ガスの窒素酸化物濃度が増加するおそれがあるところ、本発明では、この窒素酸化物濃度にも基づいて成層度を推定する。したがって、本発明によれば、成層度を高い精度で推定することが可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、予め定められた所定空燃比以下の混合気が点火プラグの近傍に分布している度合である成層度を高い精度で推定可能な制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係るＥＣＵと、その制御対象となるエンジンを示す模式図である。
【図２】図１の燃焼室内における混合気の分布を示す模式図である。
【図３】均質燃焼における混合気の空燃比と、均質燃焼によって生じる燃焼ガスの窒素酸化物濃度との関係を示すグラフである。
【図４】図１の窒素酸化物濃度取得部によって取得される窒素酸化物濃度と、当該窒素酸化物濃度に影響を与える各因子を示す説明図である。
【図５】図１のＥＣＵが実行する処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】混合気の成層度の算出方法を示す説明図である。
【図７】燃焼ガスの窒素酸化物濃度差と混合気の成層度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【００１３】
図１を参照しながら、本発明の実施形態に係るＥＣＵ１０について説明する。ＥＣＵ１０は、図示しない車両に搭載される筒内噴射式のエンジン（内燃機関）１００を制御する。はじめに、このエンジン１００の概略構成について説明する。
【００１４】
エンジン１００は、鋳鉄製のシリンダブロック４１を有している。シリンダブロック４１は、その内部に筒状の気筒４２が形成されている。エンジン１００としては多気筒の火花点火式レシプロエンジンを想定しているが、この図１においては、説明の便宜上１つの気筒４２のみを図示している。
【００１５】
気筒４２内には、ピストン４３が収容されている。ピストン４３は、気筒４２内において往復動可能とされている。気筒４２内でのピストン４３の往復動により、図示しない出力軸であるクランク軸が回転するように構成されている。
【００１６】
また、シリンダブロック４１の上端面には、シリンダヘッド４５が固定されている。そのシリンダヘッド４５とピストン４３上面との間には、燃焼室４６が形成されている。
【００１７】
シリンダヘッド４５には、燃焼室４６に開口する吸気ポート４７及び排気ポート４８が形成されている。吸気ポート４７と排気ポート４８とは、それぞれカム２１ａ，２２ａによって駆動される吸気弁２１と排気弁２２とによって開閉されるように構成されている。
【００１８】
吸気弁２１及び排気弁２２は、図示しない可変バルブタイミング機構がそれぞれ取り付けられており、いずれもその開閉タイミングが調整可能とされている。
【００１９】
吸気ポート４７には、吸気管２３が接続されている。吸気管２３は、車両の外部から取り入れた空気をエンジン１００の吸気ポート４７に導く。また、排気ポート４８には、排気管２４が接続されている。排気管２４は、各気筒４２から排出された燃焼ガスを車両の外部に導く。
【００２０】
吸気管２３には、スロットルバルブ２９及びスロットル開度センサ３１が設けられている。スロットルバルブ２９は、ＤＣモータ等のアクチュエータによって開度が調整される電子制御式の開閉弁である。スロットルバルブ２９の開度を変更することによって、吸気ポート４７に導かれる空気の流量を調節することができる。スロットル開度センサ３１は、このスロットルバルブ２９の開度や動き（開度変動）を検出する。スロットル開度センサ３１は、ＥＣＵ１０と電気的に接続されており、検出した値に対応する信号をＥＣＵ１０に送信する。尚、本願において「電気的に接続」とは、有線によって接続された状態に限定される意味ではなく、無線により互いに通信可能とされた状態をも含みうるものとする。
【００２１】
スロットルバルブ２９よりも下流側の吸気管２３には、サージタンク２３ａが設けられている。サージタンク２３ａは、その前後の吸気管２３よりも通路面積が拡大されている。吸気管２３にサージタンク２３ａを設けることによって、吸気脈動や吸気干渉を防止することができる。
【００２２】
排気管２４のうち、各気筒４２から排出された燃焼ガスを集合させる部分であるコレクタ部２４ａには、空燃比センサ３２及びＮＯｘセンサ３３が設けられている。空燃比センサ３２は、排気管２４を流れる燃焼ガスの酸素濃度を検出する機器である。また、ＮＯｘセンサ３３は、排気管２４を流れる燃焼ガスの窒素酸化物濃度を検出する機器である。空燃比センサ３２及びＮＯｘセンサ３３は、それぞれ検出した値に対応する信号をＥＣＵ１０に送信する。
【００２３】
気筒４２内の燃焼室４６には、インジェクタ２７が取り付けられている。インジェクタ２７は、燃料であるガソリンを直接噴射することで燃焼室４６内に供給する電磁駆動式のアクチュエータである。尚、ここでは便宜上１つの気筒４２内に設けられたインジェクタ２７のみを図示しているが、このようなインジェクタ２７は、各気筒４２に１つずつ設けられている。
【００２４】
さらに、燃焼室４６には、筒内圧センサ３４及び点火プラグ２８が取り付けられている。筒内圧センサ３４は、燃焼室４６内の圧力の検出を行う機器である。点火プラグ２８は、ＥＣＵ１０からの指示に基づいて所定の点火時期に高電圧が印加され、これによって混合気への点火を行う機器である。
【００２５】
以上のようなエンジン１００の吸気行程では、吸気弁２１が開状態になるとともに、ピストン４３の下降によって燃焼室４６内の圧力が低下し、吸気管２３を介して燃焼室４６内に空気が吸引される。このとき、インジェクタ２７から燃焼室４６内に燃料が噴射される。噴射された燃料は、燃焼室４６内に吸引された空気と混合されて混合気となる。
【００２６】
また、エンジン１００の圧縮行程では、吸気弁２１が閉状態になるとともに、ピストン４３の上昇によって混合気が圧縮される。このとき、インジェクタ２７から燃焼室４６内に燃料が噴射される。この圧縮行程においてインジェクタ２７から噴射される燃料は、吸気行程において噴射される燃料よりも少量とされている。混合気は、エンジン１００の燃焼行程において点火プラグ２８によって点火され、燃焼する。この混合気の燃焼によって発生した燃焼ガスは、エンジン１００の排気行程における排気弁２２の開動作により、燃焼室４６から排気管２４に排出される。
【００２７】
次に、ＥＣＵ１０について説明する。ＥＣＵ１０は、その一部又は全部が、アナログ回路で構成されるか、デジタルプロセッサとして構成される。いずれにしても、受信した信号に基づいて制御信号を出力する機能を果たすため、ＥＣＵ１０には機能的な制御ブロックが構成される。
【００２８】
図１は、ＥＣＵ１０を、機能的な制御ブロック図として表している。尚、ＥＣＵ１０を構成するアナログ回路又はデジタルプロセッサに組み込まれるソフトウェアのモジュールは、必ずしも図１に示す制御ブロックに分割されている必要はなく、複数の制御ブロックの働きをするものとして構成されていても構わず、更に細分化されていても構わない。後述する処理を実行できるように構成されていれば、ＥＣＵ１０内部の実際の構成は当業者が適宜変更できるものである。
【００２９】
ＥＣＵ１０は、スロットル開度センサ３１等の各種センサや、インジェクタ２７等の各種アクチュエータと電気的に接続されている。また、ＥＣＵ１０は、空燃比取得部１１と、窒素酸化物濃度取得部１２と、圧力取得部１３と、照合データ作成部１４と、燃焼ガス温度算出部１５と、成層度推定部１６と、記憶部１７と、成層燃焼モード実行部１８と、均質燃焼モード実行部１９と、を有している。
【００３０】
空燃比取得部１１は、空燃比センサ３２から受信する信号に基づいて所定の演算を行うことで、燃焼室４６内の混合気の空燃比を取得する部分である。詳細には、空燃比取得部１１は、燃焼室４６内における燃焼によって生成された燃焼ガスの酸素濃度に基づいて、燃焼室４６内の混合気の空燃比を取得する。窒素酸化物濃度取得部１２は、ＮＯｘセンサ３３から受信する信号に基づいて所定の演算を行うことで、排気管２４を流れる燃焼ガスの窒素酸化物濃度を取得する。圧力取得部１３は、筒内圧センサ３４から受信する信号に基づいて所定の演算を行うことで、燃焼室４６内の圧力を取得する。
【００３１】
照合データ作成部１４は、空燃比取得部１１が取得した燃焼室４６内の混合気の空燃比と、窒素酸化物濃度取得部１２が取得した燃焼ガスの窒素酸化物濃度と、に基づいて、後述する照合データを作成する部分である。燃焼ガス温度算出部１５は、圧力取得部１３が取得した燃焼室４６内の圧力に基づいて、燃焼室４６内の燃焼ガスの温度を算出する部分である。成層度推定部１６は、空燃比取得部１１が取得した燃焼室４６内の混合気の空燃比と、窒素酸化物濃度取得部１２が取得した燃焼ガスの窒素酸化物濃度と、燃焼ガス温度算出部１５が算出した燃焼室４６内の燃焼ガスの温度と、に基づいて、燃焼室４６内の混合気の成層度を推定する部分である。記憶部１７は、照合データ作成部１４が作成した照合データ等を記憶する部分である。
【００３２】
成層燃焼モード実行部１８は、燃焼室４６内の混合気の燃焼の一態様である成層燃焼モードを実行する部分である。成層燃焼モードは、燃焼室４６内の混合気の成層度が閾値以上である状態で、当該混合気を燃焼させるものである。詳細には、成層燃焼モード実行部１８は、インジェクタ２７が噴射する燃料の量、噴射時期、噴射回数、圧力や、点火プラグ２８の点火エネルギー、点火時期、点火回数等を適宜調整することで、燃焼室４６内の混合気の成層度が閾値以上の状態を作るとともに、混合気を燃焼させる。
【００３３】
均質燃焼モード実行部１９は、燃焼室４６内の混合気の燃焼の一態様である均質燃焼モードを実行する部分である。成層燃焼モードは、燃焼室４６内の混合気の成層度が閾値未満の状態で、当該混合気を燃焼させるものである。詳細には、均質燃焼モード実行部１９は、インジェクタ２７が噴射する燃料の量、噴射時期、噴射回数、圧力や、点火プラグ２８の点火エネルギー、点火時期、点火回数等を適宜調整することで、燃焼室４６内の混合気の成層度が閾値未満の状態を作るとともに、混合気を均質燃焼させる。
【００３４】
続いて、図２及び図３を参照しながら、燃焼室４６内の混合気の成層度と、均質燃焼及び成層燃焼とについて説明する。図２は、燃焼室４６内の混合気の成層度が互いに異なる３つの状態を図示している。
【００３５】
図２（Ａ）は、燃焼室４６内において混合気の空燃比が略一様となっている状態を示している。この状態における混合気に点火プラグ２８によって点火し、生じさせる燃焼を均質燃焼と称する。
【００３６】
図３は、この均質燃焼における混合気の空燃比と、均質燃焼によって生じる燃焼ガスの窒素酸化物濃度との関係を示すグラフの一例であり、後述する照合データに相当するものである。燃焼ガスの窒素酸化物濃度は、混合気の空燃比が理論空燃比である１４．７程度で最大となる。また、混合気の空燃比が理論空燃比から増加又は減少するのに伴って、燃焼ガスの窒素酸化物濃度が減少する傾向がある。
【００３７】
図２（Ｂ）は、燃焼室４６内において、点火プラグ２８の近傍の第１領域４６１に空燃比が小さい混合気が分布しており、第１領域４６１の周辺の第２領域４６２に空燃比が大きい混合気が分布している状態を示している。この状態において、第１領域４６１の混合気の空燃比は１３程度であり、第２領域４６２の混合気の空燃比は１８程度である。
【００３８】
図２（Ｃ）は、燃焼室４６内において、点火プラグ２８の近傍の第１領域４６１に空燃比が小さい混合気が分布しており、第１領域４６１の周辺の第２領域４６２に空燃比が大きい混合気が分布している状態を示している。この状態において、第１領域４６１の混合気の空燃比は１２程度であり、第２領域４６２の混合気の空燃比は２０程度である。
【００３９】
図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）に示されるように、点火プラグ２８の近傍に濃密な（空燃比が小さい）混合気が分布し、さらにその周囲に希薄な（空燃比が大きい）混合気が分布している状態において、当該混合気に点火して生じさせる燃焼を成層燃焼と称する。本実施形態では、第１領域４６１に空燃比が１４以下の混合気が分布している状態における燃焼を成層燃焼と定義するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４０】
また、本実施形態では、空燃比が１４以下の混合気が点火プラグ２８の近傍に分布している度合を成層度と定義する。すなわち、点火プラグ２８の近傍に分布している混合気の空燃比が小さいほど、成層度が大きくなる。また、点火プラグ２８の近傍に分布している空燃比が１４以下の混合気の量が多いほど、成層度が大きくなる。さらに、燃焼室４６内の第１領域に４６１に分布している混合気の空燃比が、第２領域に４６２に分布している混合気の空燃比と比べて小さいほど、成層度が大きくなる。図２に示される３つの状態の中では、図２（Ａ）の状態が最も混合気の成層度が小さく、図２（Ａ）の状態が最も混合気の成層度が大きくなる。
【００４１】
続いて、図４を参照しながら、窒素酸化物濃度取得部１２（図１参照）によって取得される窒素酸化物濃度と、当該窒素酸化物濃度に影響を与える各因子との関係について説明する。図４に示されるように、窒素酸化物濃度取得部１２によって取得される窒素酸化物濃度には、吸気Ｎ2濃度と、吸気Ｏ2濃度と、筒内平均空燃比と、筒内空燃比分布と、燃焼ガス最高温度と、が影響を与えうる。
【００４２】
このうち、吸気Ｎ2濃度と吸気Ｏ2濃度は、車両の外部から取り入れられる空気の窒素濃度と酸素濃度である。これらの値は、車両が走行する環境によらず、略一定とみなすことができる。また、筒内空燃比分布は、空燃比取得部１１（図１参照）によって取得される燃焼室４６内の混合気の空燃比である。また、燃焼ガス最高温度は、燃焼ガス温度算出部１５（図１参照）によって算出される燃焼室４６内の燃焼ガスの温度の最高値である。すなわち、吸気Ｎ2濃度及び吸気Ｏ2濃度は既知の値であり、筒内空燃比分布と燃焼ガス最高温度も、空燃比取得部１１と燃焼ガス温度算出部１５とによって取得できる値となる。
【００４３】
ここで、窒素酸化物濃度に影響を与える因子として残る筒内空燃比分布が、燃焼室４６内の混合気の成層度と相関がある指標となる。換言すれば、窒素酸化物濃度取得部１２によって取得される窒素酸化物濃度から、吸気Ｎ2濃度、吸気Ｏ2濃度、筒内空燃比分布及び燃焼ガス最高温度の各因子の影響を除くことで、燃焼室４６内の混合気の成層度を推定することが可能となる。
【００４４】
以上のような成層度の考え方に基づいて、ＥＣＵ１０が行う処理について図５乃至図７を参照しながら説明する。尚、実際にはＥＣＵ１０の空燃比取得部１１等の各部分が実行する処理についても、説明の簡便のため、ＥＣＵ１０が実行するものとして説明する。
【００４５】
まず、ＥＣＵ１０は、図５に示されるステップＳ１１で、均質燃焼モードの実行を開始する。すなわち、図２（Ａ）で示されるように、燃焼室４６内において混合気の空燃比が略一様となるように、インジェクタ２７が噴射する燃料の量、噴射時期、噴射回数、圧力や、点火プラグ２８の点火エネルギー、点火時期、点火回数等を適宜調整し、混合気を均質燃焼させる。
【００４６】
次に、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１２で、燃焼室４６内の混合気の空燃比を取得する。燃焼室４６内において混合気の均質燃焼が行われている状態において、空燃比取得部１１が空燃比センサ３２から受信する信号に基づいて所定の演算を行うことで、当該空燃比を取得する。
【００４７】
次に、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１３で、排気管２４を流れる燃焼ガスの窒素酸化物濃度を取得する。燃焼室４６内において混合気の均質燃焼が行われている状態において、窒素酸化物濃度取得部１２がＮＯｘセンサ３３から受信する信号に基づいて所定の演算を行うことで、当該窒素酸化物濃度を取得する。
【００４８】
次に、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１４で、照合データを作成し、記憶部１７（図１参照）に記憶させる。照合データは、ステップＳ１２で取得した混合気の空燃比と、ステップＳ１３で算出した燃焼ガスの窒素酸化物濃度と、の関係を示すデータであり、前述した図３に示されるグラフのようなものとなる。混合気の空燃比と燃焼ガスの窒素酸化物濃度との関係は、エンジン１００の個体差等に伴ってばらつきが生じ得るが、このステップＳ１４では、実際のエンジン１００の挙動に基づいて照合データを作成することで、このばらつきの影響を排除することができる。
【００４９】
次に、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１５で、成層燃焼モードの実行を開始する。すなわち、燃焼室４６内の混合気の燃焼の態様を、それまで実行していた均質燃焼モードから成層燃焼モードに切り替える。成層燃焼モードは、照合データ作成部１４が照合データを作成した後に実行可能となるものである。ＥＣＵ１０は、車両の走行状態に応じて、燃焼室４６内において混合気を図２（Ｂ）や図２（Ｃ）に示されるように分布させるために、インジェクタ２７が噴射する燃料の量、噴射時期、噴射回数、圧力や、点火プラグ２８の点火エネルギー、点火時期、点火回数等を調整し、燃料を燃焼させる。
【００５０】
次に、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１６で、燃焼室４６内の混合気の空燃比を取得する。燃焼室４６内において混合気の成層燃焼が行われている状態において、空燃比取得部１１が空燃比センサ３２から受信する信号に基づいて所定の演算を行うことで、当該空燃比を取得する。
【００５１】
次に、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１７で、排気管２４を流れる燃焼ガスの窒素酸化物濃度を取得する。燃焼室４６内において混合気の成層燃焼が行われている状態において、窒素酸化物濃度取得部１２がＮＯｘセンサ３３から受信する信号に基づいて所定の演算を行うことで、当該窒素酸化物濃度を取得する。
【００５２】
次に、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１８で、燃焼室４６内の混合気の成層度を算出する。この成層度の算出は、ステップＳ１６で取得した燃焼室４６内の混合気の空燃比と、ステップＳ１７で取得した排気管２４を流れる燃焼ガスの窒素酸化物濃度に基づいて行われる。
【００５３】
ここで、ステップＳ１８における混合気の成層度の算出方法について、図６及び図７を参照しながら詳述する。
【００５４】
図６に示されるように、ＥＣＵ１０は、成層燃焼モード実行時に取得した燃焼室４６内の混合気の空燃比をテーブルと照合する。当該テーブルは、前述したステップＳ１４で作成した照合データをテーブル化したものであって、混合気の空燃比を照合することによって、当該空燃比で均質燃焼モードが実行されている場合の燃焼ガスの窒素酸化物濃度を得ることができるものである。すなわち、ここでは、成層燃焼モード実行時に得た混合気の空燃比をテーブルと照合し、当該空燃比で均質燃焼モードが実行されているとすれば燃焼ガスの窒素酸化物濃度がどの程度となるかを推定しているということもできる。そして、ＥＣＵ１０は、このようにして得た均質燃焼モード実行時の燃焼ガスの窒素酸化物濃度と、成層燃焼モード実行時の燃焼ガスの窒素酸化物ガスと、の差分（ＮＯｘ濃度差）を算出する。
【００５５】
また、ＥＣＵ１０は、気筒４２内の燃焼ガスの温度をテーブルと照合することで、補正係数を取得する。ＥＣＵ１０は、この補正係数を、前述したＮＯｘ濃度差に乗算して相関指標を算出する。
【００５６】
さらに、ＥＣＵ１０は、この相関指標をテーブルに照合することで、燃焼室４６内の混合気の成層度を算出することができる。ここで照合するテーブルは、図７に示されるように、ＮＯｘ濃度差と成層度とからなるものである。図７に示されるように、ＮＯｘ濃度差が大きくなるほど、すなわち、均質燃焼モード実行時の燃焼ガスの窒素酸化物濃度と、成層燃焼モード実行時の燃焼ガスの窒素酸化物ガスとの差分が大きくなるほど、燃焼室４６内の混合気の成層度も大きくなる傾向を示す。
【００５７】
再び図５を参照しながら説明する。図５のステップＳ１８で成層度の算出を終えたＥＣＵ１０は、次に、ステップＳ１９で、燃料噴射の調整を行う。すなわち、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１８で算出した成層度に基づいて、インジェクタ２７が噴射する燃料の量、噴射時期、噴射回数、圧力を調整する。
【００５８】
次に、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１９で、燃料点火の調整を行う。すなわち、ＥＣＵ１０は、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１８で算出した成層度に基づいて、点火プラグ２８の点火エネルギー、点火時期、点火回数等を調整する。
【００５９】
以上のように、本実施形態に係るＥＣＵ１０によれば、燃焼室４６内の混合気の空燃比のみならず、エンジン１００から排出される燃焼ガスの窒素酸化物濃度に基づいて成層度を推定する。すなわち、成層燃焼が行われた結果として、燃焼ガスの窒素酸化物濃度が増加するおそれがあるところ、ＥＣＵ１０では、この窒素酸化物濃度にも基づいて成層度を推定する。したがって、本発明によれば、成層度を高い精度で推定することが可能となる。
【００６０】
また、ＥＣＵ１０は、燃焼室４６内の圧力を取得する圧力取得部１３と、燃焼室４６内の圧力に基づいて燃焼ガスの温度を算出する燃焼ガス温度算出部１５と、を備える。成層度推定部１６は、燃焼ガス温度算出部１５が算出した燃焼ガスの温度に基づいて成層度を推定する。図４を参照しながら前述したように、燃焼ガスの最高温度も、燃焼ガスの窒素酸化物濃度に影響を与える因子である。したがって、窒素酸化物濃度取得部１２によって取得される窒素酸化物濃度から、吸気Ｎ2濃度、吸気Ｏ2濃度、筒内空燃比分布の各因子の影響に加えて燃焼ガス最高温度の影響も除くことで、より高い精度で成層度を推定することが可能となる。
【００６１】
また、ＥＣＵ１０は、成層度が閾値以上である状態で混合気を燃焼させる成層燃焼モードを実行する成層燃焼モード実行部１８と、成層度が閾値未満である状態で混合気を燃焼させる均質燃焼モードを実行する均質燃焼モード実行部１９と、を備える。また、ＥＣＵ１０は、均質燃焼モードの実行時に、空燃比取得部１１が取得した空燃比と、窒素酸化物濃度検出部が取得した窒素酸化物濃度と、の関係を示す照合データを作成して記憶部１７に記憶させる照合データ作成部１４と、を備える。成層度推定部１６は、成層燃焼モードの実行時に空燃比取得部１１が取得した空燃比を照合データと照合させることによって得られる窒素酸化物濃度と、成層燃焼モードの実行時に窒素酸化物濃度取得部１２が取得した窒素酸化物濃度と、の差分に基づいて成層度を推定する。したがって、ＥＣＵ１０によれば、燃焼室４６内において比較的容易に行わせることができる均質燃焼において照合データを作成するとともに、その照合データを用いて成層度を推定することにより、より高い精度で成層度を推定することが可能となる。
【００６２】
また、成層燃焼モード実行部１８は、照合データ作成部１４が照合データを作成した後に成層燃焼モードを実行可能となる。したがって、照合データを作成し、燃焼室４６内の混合気の成層度を正確に推定できる状況となった後に成層燃焼モードを実行するため、成層度を適切な値に維持することが可能となる。
【００６３】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１０  ：ＥＣＵ（制御装置）
１１  ：空燃比取得部
１２  ：窒素酸化物濃度取得部
１３  ：圧力取得部
１４  ：照合データ作成部
１５  ：燃焼ガス温度算出部
１６  ：成層度推定部
１８  ：成層燃焼モード実行部
１９  ：均質燃焼モード実行部
２７  ：インジェクタ
２８  ：点火プラグ
４２  ：気筒
４６  ：燃焼室
１００：エンジン（内燃機関）
【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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