(57)【要約】【課題】  ＰＣＣＩ燃焼に係わる予混合気の自着火開始時期を、自着火に先立って予混合気の一部に発生する冷炎による発熱量を考慮して精度良く推定すること。【解決手段】  この混合気着火時期推定装置は、圧縮開始時（CAin）における筒内ガスの状態量（圧縮開始時筒内ガスの熱エネルギー）と、圧縮行程における圧縮による筒内ガスの状態量の変化量（微小ピストン仕事）と、ＰＣＣＩ燃焼時において自着火（熱炎）に先立って発生する冷炎による発熱量（冷炎発熱量ΔQlto）と、に基づいて、ＰＣＣＩ燃焼用の予混合気の温度（即ち、筒内温度Tg）をクランク角度CAに対応する形で推定していき、筒内温度Tgが所定の自着火開始温度Tigに達した時点を同予混合気のＰＣＣＩ燃焼に係わる自着火開始時期（CAig）として推定する。従って、冷炎発熱量ΔQltoが考慮されるから、ＰＣＣＩ燃焼に係わる自着火開始時期を精度良く推定することができる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮上死点近傍で燃焼室内に噴射される拡散燃焼用の燃料とは異なる同圧縮上死点近傍よりも早期に同燃焼室内に噴射される予混合圧縮着火燃焼用の燃料と、前記燃焼室内のガスである筒内ガスと、が混ざり合って予め形成された予混合気が圧縮により自着火開始する時期を推定する予混合気自着火開始時期推定手段を備える内燃機関の混合気着火時期推定装置であって、
前記筒内ガスが圧縮開始される時点での同筒内ガスの状態量を取得する圧縮開始時筒内ガス状態量取得手段と、
前記筒内ガスの圧縮による同筒内ガスの状態量の変化量を推定する圧縮起因筒内ガス状態量変化量推定手段と、
前記予混合気の自着火に先立って発生する冷炎の発熱量に相当する値である冷炎発熱量相当値を推定する冷炎発熱量推定手段と、を備え、
前記予混合気自着火開始時期推定手段は、
少なくとも前記取得された圧縮開始時筒内ガス状態量と、前記推定された圧縮起因筒内ガス状態量変化量と、前記推定された冷炎発熱量相当値と、に基づいて前記予混合気自着火開始時期を推定するように構成された内燃機関の混合気着火時期推定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の混合気着火時期推定装置において、
前記冷炎発熱量推定手段は、
少なくとも前記予混合圧縮着火燃焼用の燃料の噴射量と、前記燃料の性状と、前記燃焼室内に吸入される吸気中の酸素濃度と、前記筒内ガスの密度と、に基づいて前記冷炎発熱量相当値を推定するように構成された内燃機関の混合気着火時期推定装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の混合気着火時期推定装置において、
前記予混合気自着火開始時期推定手段は、
少なくとも前記取得された圧縮開始時筒内ガス状態量と、前記推定された圧縮起因筒内ガス状態量変化量と、前記推定された冷炎発熱量相当値と、に基づいて前記予混合気の温度を推定する予混合気温度推定手段を備えるとともに、
前記推定された予混合気の温度が所定の温度に達した時期を前記予混合気自着火開始時期として推定するように構成された内燃機関の混合気着火時期推定装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の内燃機関の混合気着火時期推定装置であって、
前記予混合圧縮着火燃焼用に前記燃焼室内に噴射される燃料が前記冷炎の開始時期において同燃焼室の内壁面に付着する量を推定する付着量推定手段を更に備え、
前記冷炎発熱量推定手段は、前記推定された付着量を考慮して前記冷炎発熱量相当値を推定するように構成された内燃機関の混合気着火時期推定装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の内燃機関の混合気着火時期推定装置であって、
前記予混合圧縮着火燃焼用に前記燃焼室内に噴射される燃料の噴射開始時期から前記冷炎の開始時期までの経過時間に基づいて、前記予混合気が前記冷炎の開始時期において同燃焼室の内壁面近傍まで分散する程度を表す値を推定する分散度推定手段を更に備え、
前記冷炎発熱量推定手段は、前記推定された分散する程度を表す値を考慮して前記冷炎発熱量相当値を推定するように構成された内燃機関の混合気着火時期推定装置。
【請求項６】
請求項３に記載の内燃機関の混合気着火時期推定装置であって、
前記冷炎の開始時期における前記予混合気の不均一度を表す値を推定する不均一度推定手段を更に備え、
前記予混合気温度手段手段は、前記予混合気の不均一度を表す値を考慮して前記予混合気の温度を推定するように構成された内燃機関の混合気着火時期推定装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の内燃機関の混合気着火時期推定装置において、
前記予混合気自着火開始時期推定手段は、前記筒内ガスが圧縮開始された後であって前記予混合圧縮着火燃焼用の燃料の噴射開始時期より前の所定の時点にて前記予混合気自着火開始時期の推定を完了するように構成された内燃機関の混合気着火時期推定装置。
【請求項８】
内燃機関の運転状態量と、同内燃機関を予混合圧縮着火燃焼に適した状態にするための予混合気の自着火開始時期の範囲との関係を規定するためのデータを記憶するデータ記憶手段と、
内燃機関の運転状態量を取得する運転状態量取得手段と、
請求項７に記載の内燃機関の混合気着火時期推定装置により推定された今回の作動サイクルにおける前記予混合気自着火開始時期が、前記取得された内燃機関の運転状態量と前記データとに基づいて得られた前記予混合気の自着火開始時期の範囲内にあるか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段による判定結果に基づいて、前記今回の作動サイクルにおける燃料噴射形態を制御する燃料噴射形態制御手段と、
を備えた内燃機関の制御装置。
【請求項９】
請求項８に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関が過渡運転状態にあるとき、燃焼室内に吸入される吸気中の酸素濃度、及び前記燃焼室内のガス量のうち少なくとも一つに応じて前記データを補正するデータ補正手段を更に備えた内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
請求項８又は請求項９に記載の内燃機関の制御装置において、
前記燃料噴射形態制御手段は、
前記推定された今回の作動サイクルにおける前記予混合気自着火開始時期が前記得られた予混合気の自着火開始時期の範囲内にある場合、前記運転状態量に応じて決定される要求燃料噴射量の全量の燃料を予混合圧縮着火燃焼用として圧縮上死点近傍よりも早期に燃焼室内に噴射し、
前記推定された今回の作動サイクルにおける前記予混合気自着火開始時期が前記得られた予混合気の自着火開始時期の範囲から遅い方向に外れている場合、前記要求燃料噴射量の全量の燃料を拡散燃焼用として前記圧縮上死点近傍にて前記燃焼室内に噴射し、
前記推定された今回の作動サイクルにおける前記予混合気自着火開始時期が前記得られた予混合気の自着火開始時期の範囲から早い方向に外れている場合、前記要求燃料噴射量のうちの所定量の燃料を前記予混合圧縮着火燃焼用として前記圧縮上死点近傍よりも早期に前記燃焼室内に噴射するとともに、同要求燃料噴射量のうち残りの量の燃料を前記拡散燃焼用として同圧縮上死点近傍にて同燃焼室内に噴射するように構成された内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の内燃機関の制御装置において、
前記燃料噴射形態制御手段は、
前記推定された今回の作動サイクルにおける前記予混合気自着火開始時期が前記得られた予混合気の自着火開始時期の範囲から早い方向に外れている場合において前記予混合圧縮着火燃焼用として噴射される燃料の前記所定量を、同推定された今回の作動サイクルにおける前記予混合気自着火開始時期を同得られた予混合気の自着火開始時期の範囲内とするために必要な同予混合圧縮着火燃焼用の燃料噴射量に設定するように構成された内燃機関の制御装置。
【請求項１２】
請求項８乃至請求項１１の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記冷炎の開始時期における前記予混合気の不均一度を表す値を推定する不均一度推定手段を更に備え、
前記判定手段は、前記予混合気の不均一度を表す値を考慮して前記判定を行うように構成された内燃機関の制御装置。
【請求項１３】
請求項８又は請求項９に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記燃料噴射形態制御手段は、
前記推定された今回の作動サイクルにおける前記予混合気自着火開始時期が前記得られた予混合気の自着火開始時期の範囲内にある場合、前記運転状態量に応じて決定される要求燃料噴射量の全量の燃料を予混合圧縮着火燃焼用として、圧縮上死点近傍よりも早期の同運転状態量に応じて決定される所定の噴射開始時期から燃焼室内に噴射し、
前記推定された今回の作動サイクルにおける前記予混合気自着火開始時期が前記得られた予混合気の自着火開始時期の範囲から外れている場合、同今回の作動サイクルにおける実際の予混合気自着火開始時期を同得られた予混合気の自着火開始時期の範囲内とするために前記所定の噴射開始時期を補正するとともに、前記運転状態量に応じて決定される要求燃料噴射量の全量の燃料を予混合圧縮着火燃焼用として、前記補正された噴射開始時期から前記燃焼室内に噴射するように構成された内燃機関の制御装置。
【請求項１４】
請求項８又は請求項９に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記燃料噴射形態制御手段は、
前記推定された今回の作動サイクルにおける前記予混合気自着火開始時期が前記得られた予混合気の自着火開始時期の範囲内にある場合、前記運転状態量に応じて決定される要求燃料噴射量の全量の燃料を予混合圧縮着火燃焼用として、同運転状態量に応じて決定される所定の噴射圧力をもって圧縮上死点近傍よりも早期に燃焼室内に噴射し、
前記推定された今回の作動サイクルにおける前記予混合気自着火開始時期が前記得られた予混合気の自着火開始時期の範囲から外れている場合、同今回の作動サイクルにおける実際の予混合気自着火開始時期を同得られた予混合気の自着火開始時期の範囲内とするために前記所定の噴射圧力を補正するとともに、前記運転状態量に応じて決定される要求燃料噴射量の全量の燃料を予混合圧縮着火燃焼用として、前記補正された所定の噴射圧力をもって前記圧縮上死点近傍よりも早期に前記燃焼室内に噴射するように構成された内燃機関の制御装置。
【請求項１５】
請求項８又は請求項９に記載の内燃機関の制御装置であって、
前記燃料噴射形態制御手段に代えて、
前記推定された今回の作動サイクルにおける前記予混合気自着火開始時期が前記得られた予混合気の自着火開始時期の範囲から外れている場合に、前記今回の作動サイクルにおける実際の予混合気自着火開始時期を同得られた予混合気の自着火開始時期の範囲内とするために同今回の作動サイクルにおける前記予混合気の温度を所定量だけ増減せしめる予混合気温度調整手段を備えた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、圧縮上死点近傍よりも早期に燃焼室内に噴射される予混合圧縮着火燃焼用の燃料と、燃焼室内のガス（筒内ガス）とが混ざり合って予め形成された予混合気が圧縮により自着火を開始する時期を推定する内燃機関の混合気着火時期推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、直噴式の内燃機関（特に、直噴式のディーゼル機関）においては、圧縮上死点近傍において圧縮により予め筒内ガスが高温・高圧となっている状態で燃焼室内に燃料が噴射され、この結果、霧化した燃料（燃料噴霧）が燃焼室内を拡散しながら順次自着火して燃焼（即ち、拡散燃焼、ディーゼル燃焼）していくようになっている。
【０００３】
係る拡散燃焼においては、燃料噴霧が拡散していく過程において同燃料噴霧の燃料濃度（即ち、空気過剰率λ、或いは当量比φ）が不均一になり、当量比φが「１」に近い領域（ストイキの領域）では急激な化学反応（熱発生）に伴ってＮＯｘが生成され、また、当量比φが「１」より大きい領域（リッチな領域）では酸素が不足することに伴ってスモーク、パティキュレートマター等（以下、「ＰＭ」と総称する。）が生成される。
【０００４】
係るＮＯｘ、ＰＭの発生量を個別に低減するための技術としては従来より種々のものが知られている。しかしながら、ＮＯｘ、及びＰＭについては、一方の発生量を低減しようとすると他方の発生量が増大するというトレードオフが不可避的に存在し、両者の発生量を同時に低減することは非常に困難であるのが現状である。
【０００５】
これに対し、近年、圧縮上死点近傍よりも早期に（筒内ガスが比較的低温・低圧となっている状態で）燃料を噴射するとともに、ＥＧＲガス量（ＥＧＲ率）を増大させることで着火遅れ時間を比較的長期化し、これにより、燃焼室内にて略均一に分散している予混合気を圧縮上死点近傍で自着火させる燃焼形態（以下、「予混合圧縮着火燃焼」、「予混合燃焼」、或いは「ＰＣＣＩ（premixed charged compression ignition）燃焼」と称呼する。）が提案されてきている。
【０００６】
係るＰＣＣＩ燃焼においては、燃焼室内において十分均一に分散している予混合気が略均一にリーンな状態（当量比φが「１」より小さい状態）で着火するから、ＮＯｘ、及びＰＭが共に発生し難く、この結果、上述した拡散燃焼の場合に比して、ＮＯｘ、及びＰＭの発生量が共に大幅に低減されるという大きな利点がある。
【０００７】
しかしながら、一方では、略均一にリーンな状態で燃焼室内に広く分散している予混合気全体が同時に着火することに起因して爆発音（ノイズ）が比較的大きくなる傾向がある。係る傾向は予混合気の着火遅れ時間が短すぎる場合（従って、予混合気の自着火開始時期が早すぎる場合）に顕著となる。また、予混合気が略均一にリーンな状態で分散することに起因して失火が発生し易いという傾向もある。係る傾向は予混合気の着火遅れ時間が長すぎる場合（従って、予混合気の自着火開始時期が遅すぎる場合）に顕著となる。換言すれば、ＰＣＣＩ燃焼においては、予混合気の自着火開始時期（或いは、着火遅れ時間）を所定の時期（範囲）になるように精度良く制御する必要があり、そのためには予混合気の自着火開始時期を精度良く推定する必要がある。
【０００８】
このため、下記特許文献１に記載のディーゼル機関の制御装置は、着火遅れ時間が筒内ガスの圧縮端温度の影響を強く受けることに着目し、筒内ガスの圧縮端温度を求め、同求めた圧縮端温度にのみ基づいて着火遅れ時間（従って、予混合気の自着火開始時期）を推定するようになっている。また、この筒内ガスの圧縮端温度は、圧縮行程における筒内ガスの状態がポリトロープ変化（断熱変化）するとの仮定のもと、圧縮開始時点（吸気弁閉時点）での筒内ガス温度と一般的なポリトロープ変化を表す式とに基づいて求められている。
【特許文献１】特開平１１−１４８４１２号公報
【０００９】
ところで、上述したＰＣＣＩ燃焼においては、予混合気の自着火（従って、熱炎の発生）に先立って、予混合気の一部において低温酸化反応（本明細書、及び本明細書に係わる特許請求の範囲において、「冷炎」と称呼する。）が発生することが知られている。係る冷炎が発生するとその発熱量の影響により筒内ガスの温度が大きく変化し得る。従って、予混合気の自着火開始時期は係る冷炎発熱量に大きく依存すると考えられる。
【００１０】
しかしながら、上記文献に記載された装置においては、圧縮行程における筒内ガスの状態がポリトロープ変化するとの仮定のもとで求められた筒内ガスの圧縮端温度にのみ基づいて着火遅れ時間（従って、予混合気の自着火開始時期）が推定されていて、上記冷炎発熱量の影響が全く考慮されていない。従って、予混合気の自着火開始時期を精度良く推定することができないという問題がある。
【発明の開示】
【００１１】
本発明は、かかる課題に対処するためになされたものであって、その目的は、ＰＣＣＩ燃焼に係わる予混合気の自着火時期を、自着火に先立って予混合気の一部に発生する冷炎による発熱量を考慮して精度良く推定できる内燃機関の混合気着火時期推定装置を提供することにある。
【００１２】
本発明による内燃機関の混合気着火時期推定装置は、圧縮開始時筒内ガス状態量取得手段と、圧縮起因筒内ガス状態量変化量推定手段と、冷炎発熱量推定手段と、予混合気自着火開始時期推定手段と、を備える。以下、個別に説明していく。
【００１３】
圧縮開始時筒内ガス状態量取得手段は、筒内ガスが圧縮開始される時点（即ち、吸気弁が閉弁する時点）での同筒内ガスの状態量を取得する手段である。ここにおいて、筒内ガスの状態量は、例えば、筒内ガスの温度、圧力、内部エネルギー等であって、これらに限定されない。また、圧縮開始時筒内ガス状態量取得手段は、圧縮開始時における筒内ガスの状態量を、センサにより物理的に検出することで取得する手段であっても、所定の計算により推定することで取得する手段であってもよい。
【００１４】
圧縮起因筒内ガス状態量変化量推定手段は、圧縮行程での筒内ガスの圧縮による同筒内ガスの状態量の変化量を推定する手段である。圧縮起因筒内ガス状態量変化量推定手段は、例えば、圧縮行程における筒内ガスの状態が断熱変化するとの仮定のもとで同筒内ガスの状態量の変化量を推定する手段であってもよいし、圧縮行程においてピストンが筒内ガスに対して行う仕事量を計算し、係る仕事量により筒内ガスの内部エネルギーが変化（増大）することを利用して同筒内ガスの状態量の変化量を推定する手段であってもよい。
【００１５】
冷炎発熱量推定手段は、前記予混合気の自着火に先立って発生する冷炎の発熱量に相当する値である冷炎発熱量相当値を推定する手段である。ここにおいて、冷炎発熱量相当値は、例えば、冷炎による発熱量（発熱エネルギー）そのもの、冷炎発熱量により上昇する筒内ガスの温度上昇量等である。
【００１６】
この冷炎発熱量は、ＰＣＣＩ燃焼用の燃料の噴射量、同燃料の性状（例えば、セタン価）、燃焼室内に吸入される吸気中の酸素濃度、及び冷炎開始時期における筒内ガスの密度に強く影響を受ける値であることが判っている。従って、前記冷炎発熱量推定手段は、少なくとも前記ＰＣＣＩ燃焼用の燃料の噴射量と、前記燃料の性状と、前記燃焼室内に吸入される吸気中の酸素濃度と、前記筒内ガスの密度と、に基づいて前記冷炎発熱量相当値を推定するように構成されることが好適である。
【００１７】
予混合気自着火開始時期推定手段は、ＰＣＣＩ燃焼用の燃料と筒内ガスとが混ざり合って予め形成された予混合気が圧縮により自着火（熱炎）開始する時期を推定する手段であって、少なくとも前記取得された圧縮開始時筒内ガス状態量と、前記推定された圧縮起因筒内ガス状態量変化量と、前記推定された冷炎発熱量相当値と、に基づいて前記予混合気自着火開始時期を推定するように構成される。ここにおいて、予混合気自着火開始時期推定手段は、更に、圧縮行程中において噴射された（液体）燃料が燃料蒸気に変化する際の潜熱、同燃料蒸気そのものが有する熱エネルギー、燃焼室の内壁と筒内ガス（予混合気）の接触により筒内ガスから燃焼室壁へ伝達される損失エネルギー等を考慮して予混合気自着火開始時期を推定するように構成してもよい。
【００１８】
係る予混合気自着火開始時期推定手段によれば、前記取得された圧縮開始時筒内ガス状態量と、前記推定された圧縮起因筒内ガス状態量変化量とにより、圧縮開始時点（即ち、吸気弁閉時点）以降において圧縮に起因して時々刻々と変化し得る筒内ガスの状態量が逐次求められ得る。そして、冷炎が発生した時点以降は、更に前記推定された冷炎発熱量相当値が考慮されて筒内ガスの状態量が逐次求められ得る。従って、係る冷炎発熱量が考慮されて逐次求められる筒内ガスの状態量（例えば、温度等）に基づいて予混合気自着火開始時期が推定されるから、予混合気の自着火開始時期が精度良く推定され得る。
【００１９】
この場合、前記予混合気自着火開始時期推定手段は、少なくとも前記取得された圧縮開始時筒内ガス状態量と、前記推定された圧縮起因筒内ガス状態量変化量と、前記推定された冷炎発熱量相当値と、に基づいて前記予混合気の温度を推定する予混合気温度推定手段を備えるとともに、前記推定された予混合気の温度が所定の温度に達した時期を前記予混合気自着火開始時期として推定するように構成されることが好適である。
【００２０】
一般に、予混合気の冷炎、及び自着火（熱炎）は、圧縮行程中において圧縮により上昇していく予混合気（筒内ガス）の温度が対応する所定の温度（冷炎開始に対応する温度、及び自着火開始に対応する温度）に達する毎に順に開始されることが種々の実験等を通して判明している。従って、上記のように、筒内ガスの状態量として逐次推定されていく予混合気の温度が所定の温度（自着火開始に対応する温度）に達した時期を予混合気自着火開始時期として推定するように構成すれば、簡易、且つ正確に予混合気自着火開始時期を推定することができる。
【００２１】
上記何れかの本発明に係る混合気着火時期推定装置においては、前記ＰＣＣＩ燃焼用に前記燃焼室内に（直接）噴射される燃料が前記冷炎の開始時期において同燃焼室の内壁面に付着する量を推定する付着量推定手段を更に備え、前記冷炎発熱量推定手段は、前記推定された付着量を考慮して前記冷炎発熱量相当値を推定するように構成されることが好適である。ここで、前記燃料付着量は、例えば、燃料噴射量、噴射時の筒内ガス密度、有効噴射圧力（噴射圧力と噴射時の筒内ガス圧力の差）等に強く影響を受ける。従って、前記付着量推定手段は、少なくともＰＣＣＩ燃焼用の燃料噴射量、噴射時の筒内ガス密度、及び有効噴射圧力に基づいて前記冷炎開始時期における燃焼室内壁面への燃料付着量を推定するように構成することが好ましい。
【００２２】
ＰＣＣＩ燃焼用に早期に噴射された燃料の一部が液体のまま燃焼室内壁面（例えば、シリンダの側壁面、ピストンの上面等）に付着する場合、冷炎開始時期まで燃焼室内壁面に付着している燃料分については、低温の燃焼室壁との接触により受ける熱損失によりその温度が低下することも相俟って、筒内ガス温度が比較的低温である上記冷炎開始に対応する温度に到達しても低温酸化反応（冷炎）が発生し得ない。換言すれば、噴射された燃料のうち冷炎開始時期において燃焼室内壁面に付着している燃料は、冷炎による発熱に寄与し得ない。
【００２３】
従って、上記のように、冷炎開始時期において燃焼室内壁面に付着している燃料付着量を考慮して前記冷炎発熱量相当値を推定するように構成すれば、例えば、噴射された燃料の全量が冷炎による発熱に寄与すると仮定して推定された冷炎発熱量に、冷炎開始時期において燃焼室内壁面に付着していない燃料量の燃料噴射（全）量に対する割合（即ち、冷炎による発熱に実際に寄与する燃料の割合）を乗じることで同冷炎発熱量を補正することができる。従って、冷炎発熱量がより一層正確に推定でき、この結果、予混合気自着火開始時期がより一層正確に推定され得る。
【００２４】
また、上記何れかの本発明に係る混合気着火時期推定装置においては、前記ＰＣＣＩ燃焼用に前記燃焼室内に噴射される燃料の噴射開始時期から前記冷炎の開始時期までの経過時間に基づいて、前記予混合気が前記冷炎の開始時期において同燃焼室の内壁面近傍まで分散する程度を表す値を推定する分散度推定手段を更に備え、前記冷炎発熱量推定手段は、前記推定された分散する程度を表す値を考慮して前記冷炎発熱量相当値を推定するように構成されることが好適である。
【００２５】
燃焼室内の予混合気のうち冷炎開始時期において燃焼室の内壁面近傍（例えば、シリンダ側壁面近傍）にて分散している予混合気については、上述した燃焼室内壁面に付着している燃料と同様、低温の燃焼室壁より受ける熱損失によりその温度が低下することに起因して、筒内ガス温度（燃焼室内壁面近傍にて分散していない予混合気の温度）が上記冷炎開始に対応する温度に到達しても低温酸化反応（冷炎）が発生し得ない。換言すれば、燃焼室内の予混合気のうち冷炎開始時期において燃焼室内壁面近傍にて分散している予混合気は、冷炎による発熱に寄与し得ない。他方、予混合気が冷炎開始時期において燃焼室の内壁面近傍まで分散する程度は、燃料の噴射開始時期から冷炎の開始時期までの経過時間の増大に応じて大きくなる。
【００２６】
以上のことから、上記のように、燃料の噴射開始時期から前記冷炎の開始時期までの経過時間に基づいて推定される、予混合気が冷炎開始時期において燃焼室の内壁面近傍まで分散する程度を表す値を考慮して前記冷炎発熱量相当値を推定するように構成すれば、例えば、燃焼室内の予混合気の全量（即ち、噴射された燃料の全量）が冷炎による発熱に寄与すると仮定して推定された冷炎発熱量を、予混合気が冷炎開始時期において燃焼室内壁面近傍にて分散する程度の増加に応じて小さくなるように補正することができる。従って、冷炎発熱量がより一層正確に推定でき、この結果、予混合気自着火開始時期がより一層正確に推定され得る。
【００２７】
また、前記予混合気温度推定手段を備える本発明に係る混合気着火時期推定装置においては、前記冷炎の開始時期における前記予混合気の不均一度を表す値を推定する不均一度推定手段を更に備え、前記予混合気温度手段手段は、前記予混合気の（燃料濃度の）不均一度を表す値を考慮して前記予混合気の温度を推定するように構成されることが好ましい。ここにおいて、前記冷炎開始時期における燃焼室内の予混合気の不均一度は、例えば、燃料の噴射開始時期から冷炎開始時期までの経過時間、上記有効噴射圧力、スワール流速、燃料性状（例えば、燃料密度等）等に影響されるから、前記冷炎開始時期における燃焼室内の予混合気の不均一度を表す値は、これらの値に基づいて決定されることが好適である。
【００２８】
略均一にリーンな状態で分散している燃焼室内の予混合気においても、実際にはその燃料濃度が或る程度不均一となっている。また、冷炎が発生した後の予混合気の温度（冷炎による火炎温度）は、その燃料濃度が高い領域ほど高くなる傾向がある。従って、冷炎開始時期における予混合気の（燃料濃度の）不均一度が大きいほど同冷炎開始時期における燃料濃度分布における最高値が高くなるから、冷炎発生後の予混合気の温度分布における最高温度が高くなる。
【００２９】
他方、予混合気の自着火（熱炎）は、実際には、同予混合気の温度分布における最高温度が上記自着火開始に対応する温度に達した時点で開始されると考えられる。よって、予混合気の自着火開始時期は、冷炎開始時期における予混合気の不均一度に影響されるとともに、同不均一度が大きいほど早くなる傾向がある。
【００３０】
以上のことから、上記のように、冷炎開始時期における予混合気の不均一度を表す値を考慮して同予混合気の温度を推定するように構成すれば、例えば、燃焼室内の予混合気が均一に分散していると仮定して推定された予混合気の温度を、冷炎開始時期における予混合気の不均一度の増加に応じて高くなるように補正することができる。換言すれば、冷炎開始後における予混合気の温度分布における最高温度を同予混合気の温度として推定できるようになる。この結果、予混合気の温度分布における最高温度に基づいて同予混合気の自着火開始時期が推定され得るから予混合気自着火開始時期がより一層正確に推定され得る。
【００３１】
上記何れかの本発明に係る混合気着火時期推定装置においては、前記予混合気自着火開始時期推定手段は、前記筒内ガスが圧縮開始された後であって前記ＰＣＣＩ燃焼用の燃料の噴射開始時期より前の所定の時点にて前記予混合気自着火開始時期の推定を完了するように構成されることが好適である。ここにおいて、前記所定の時点は、筒内ガスの圧縮開始直後であることが好ましい。
【００３２】
先に述べたように、ＰＣＣＩ燃焼においては、ノイズ大、或いは失火発生等の事態が発生することのないＰＣＣＩ燃焼に適した予混合気の自着火開始時期の範囲（以下、「ＰＣＣＩ制御可能範囲」と称呼する。）が存在する。係るＰＣＣＩ制御可能範囲は、機関の運転状態（例えば、機関の回転速度、燃料噴射量、予混合気の当量比等）により変化する。係る機関の運転状態と上記ＰＣＣＩ制御可能範囲との関係は、機関を種々の定常運転状態に順次変更していく実験等を通してデータ（具体的には、マップ、テーブル等）として予め取得することができる。
【００３３】
他方、今回の作動サイクルにおける予混合気の自着火開始時期が上記ＰＣＣＩ制御可能範囲内にある場合には今回の作動サイクルにおいて運転状態に応じて決定される要求燃料噴射量（具体的には、燃料噴射量の定常適合値）の全量の燃料をＰＣＣＩ燃焼用として圧縮上死点近傍よりも早期に噴射する燃料噴射形態を採用し、今回の作動サイクルにおける予混合気の自着火開始時期が上記ＰＣＣＩ制御可能範囲から外れている場合には今回の作動サイクルにおいて異なる燃料噴射形態を採用することが好ましいと考えられる。換言すれば、今回の作動サイクルにおける予混合気の自着火開始時期が上記ＰＣＣＩ制御可能範囲内にあるか否かによって今回の作動サイクルにおける燃料噴射形態を直ちに変更（制御）することが好ましい。このためには、上記要求燃料噴射量の全量の燃料をＰＣＣＩ燃焼用として圧縮上死点近傍よりも早期に噴射したと仮定した場合での今回の作動サイクルにおける予混合気の自着火開始時期の推定を少なくとも上記ＰＣＣＩ燃焼用の燃料の噴射開始時期より前に完了しておく必要がある。
【００３４】
以上のことから、上記のように、筒内ガスが圧縮開始された後であってＰＣＣＩ燃焼用の燃料の噴射開始時期より前の所定の時点にて（上記要求燃料噴射量の全量の燃料をＰＣＣＩ燃焼用として圧縮上死点近傍よりも早期に噴射したと仮定した場合での）予混合気自着火開始時期の推定を完了するように構成すれば、今回の予混合気自着火開始時期の推定結果に応じて今回の燃料噴射形態を直ちに変更（制御）することができる。
【００３５】
上記のように今回の予混合気自着火開始時期の推定結果に応じて今回の燃料噴射形態を直ちに変更することが可能な本発明に係る内燃機関の制御装置は、具体的には、内燃機関の運転状態量と、上記ＰＣＣＩ制御可能範囲との（機関が定常運転状態にある場合における）関係を規定するためのデータ（マップ、テーブル等）を記憶するデータ記憶手段と、内燃機関の運転状態量を取得する運転状態量取得手段と、上記混合気着火時期推定装置により推定された今回の作動サイクルにおける前記予混合気自着火開始時期が、前記取得された内燃機関の運転状態量と前記データとに基づいて得られた前記ＰＣＣＩ制御可能範囲内にあるか否かを判定する判定手段と、前記判定手段による判定結果に基づいて、前記今回の作動サイクルにおける燃料噴射形態を制御する燃料噴射形態制御手段とを備える。
【００３６】
この場合、内燃機関が過渡運転状態にあるとき、燃焼室内に吸入される吸気中の酸素濃度、及び前記燃焼室内のガス量のうち少なくとも一つに応じて前記データを補正するデータ補正手段を更に備えることが好適である。ＰＣＣＩ制御可能範囲は、機関の運転状態を表す各パラメータ値（瞬時値）が同一であっても機関が過渡運転状態にある場合と定常運転状態にある場合とで異なることが判っている。また、係るＰＣＣＩ制御可能範囲の相違の傾向は、少なくとも、燃焼室内に吸入される吸気中の酸素濃度、及び前記燃焼室内のガス量（質量）に応じて変化することも判っている。
【００３７】
以上のことから、上記のように構成すれば、内燃機関が過渡運転状態にあるとき、上記データが、上記推定された今回の作動サイクルにおける予混合気自着火開始時期がＰＣＣＩ制御可能範囲内にあるか否かをより一層精度良く判定するためのデータになるように補正され得る。従って、内燃機関が過渡運転状態にあるときにおいて、今回の作動サイクルにおける燃料噴射形態をより適切に制御することが可能となる。
【００３８】
上記本発明に係る制御装置においては、前記燃料噴射形態制御手段は、前記推定された今回の作動サイクルにおける前記予混合気自着火開始時期が前記得られたＰＣＣＩ制御可能範囲内にある場合、機関がＰＣＣＩ燃焼に適した状態にあるため、先に述べたように、前記運転状態量に応じて決定される要求燃料噴射量（例えば、定常適合値）の全量の燃料をＰＣＣＩ燃焼用として圧縮上死点近傍よりも早期に（今回の作動サイクルにおいて）燃焼室内に噴射することが好ましい。これにより、燃料噴射量の全量についてＰＣＣＩ燃焼が発生し、ＮＯｘ、及びＰＭの発生量が拡散燃焼の場合に比して大幅に減少する。
【００３９】
また、前記推定された今回の作動サイクルにおける前記予混合気自着火開始時期が前記得られたＰＣＣＩ制御可能範囲から遅い方向に外れている場合、上述したように失火が発生し得るから、前記要求燃料噴射量（例えば、定常適合値）の全量の燃料を拡散燃焼用として前記圧縮上死点近傍にて（今回の作動サイクルにおいて）前記燃焼室内に噴射することが好ましい。拡散燃焼の場合、燃料噴霧の燃料濃度（即ち、当量比φ）が不均一になることで燃焼室中において自着火が発生し易い領域である当量比φが「１」より大きいリッチな領域が存在するからである。これにより、燃料噴射量の（略）全量について拡散燃焼が発生し、ＮＯｘ、及びＰＭの発生量を低減できない一方で、失火の発生を確実に防止することができる。
【００４０】
他方、前記推定された今回の作動サイクルにおける前記予混合気自着火開始時期が前記得られたＰＣＣＩ制御可能範囲から早い方向に外れている場合、上述したようにノイズが大きくなり得る。ここで、上記ＰＣＣＩ制御可能範囲は、ＰＣＣＩ燃焼用の燃料噴射量を少なくするほどより早い時期に移動する傾向がある（詳細は後述する。）。従って、この場合、ＰＣＣＩ燃焼用の燃料噴射量を上記要求燃料噴射量よりも少ない所定量に設定すれば、前記推定された今回の作動サイクルにおける前記予混合気自着火開始時期を前記ＰＣＣＩ制御可能範囲内とすることができる。
【００４１】
即ち、この場合、前記要求燃料噴射量（例えば、定常適合値）のうちの所定量の燃料を前記ＰＣＣＩ燃焼用として前記圧縮上死点近傍よりも早期に（今回の作動サイクルにおいて）前記燃焼室内に噴射するとともに、同要求燃料噴射量のうち残りの量の燃料を前記拡散燃焼用として同圧縮上死点近傍にて（今回の作動サイクルにおいて）同燃焼室内に噴射することが好ましく、更には、上記所定量を、同推定された今回の作動サイクルにおける前記予混合気自着火開始時期を前記得られたＰＣＣＩ制御可能範囲内とするために必要な同予混合圧縮着火燃焼用の燃料噴射量に設定すると更に好ましい。これにより、ノイズ大、或いは失火発生等の事態を発生させることなく、ＰＣＣＩ燃焼によるＮＯｘ、及びＰＭの発生量の低減効果を最大限に発揮せしめることが可能となる。
【００４２】
上記何れかの本発明に係る制御装置においては、前記冷炎の開始時期における前記予混合気の不均一度を表す値を推定する不均一度推定手段を更に備え、前記判定手段は、前記予混合気の不均一度を表す値を考慮して前記判定を行うように構成されることが好適である。
【００４３】
前述のごとく、略均一にリーンな状態で分散している燃焼室内の予混合気においても、実際にはその燃料濃度（従って、当量比φ）が或る程度不均一となっている。他方、先に述べたように、ＰＣＣＩ制御可能範囲は、機関の運転状態、特に、予混合気の当量比φに応じて変化する。ここで、ＰＣＣＩ制御可能範囲を決定する当量比φの値は、実際には、燃焼室内において不均一に分散している予混合気における当量比φの最大値であると考えられ、係る当量比φの最大値は冷炎開始時期における予混合気の不均一度に依存する。
【００４４】
以上のことから、前記予混合気の不均一度を表す値を考慮して前記推定された今回の作動サイクルにおける前記予混合気自着火開始時期が前記得られたＰＣＣＩ制御可能範囲内にあるか否かの判定を行うように構成すれば、例えば、燃焼室内の予混合気が均一に分散していると仮定して推定された予混合気の当量比φの値と、冷炎開始時期における予混合気の不均一度を表す値と、に基づいて予混合気の当量比φの最大値を求め、ＰＣＣＩ制御可能範囲を同予混合気の当量比φの最大値に基づいて決定できるようになる。この結果、ＰＣＣＩ制御可能範囲をより正確に決定することができるから、今回の作動サイクルにおける燃料噴射形態をより適切に制御することが可能となる。
【００４５】
また、上述した燃料噴射形態制御手段の構成に代えて、同燃料噴射形態制御手段は、前記推定された今回の作動サイクルにおける前記予混合気自着火開始時期が前記得られたＰＣＣＩ制御可能範囲内にある場合、前記運転状態量に応じて決定される要求燃料噴射量の全量の燃料を予混合圧縮着火燃焼用として、圧縮上死点近傍よりも早期の同運転状態量に応じて決定される所定の噴射開始時期（例えば、定常適合時期）から（今回の作動サイクルにおいて）燃焼室内に噴射し、前記推定された今回の作動サイクルにおける前記予混合気自着火開始時期が前記得られたＰＣＣＩ制御可能範囲から外れている場合、同今回の作動サイクルにおける実際の予混合気自着火開始時期を同得られたＰＣＣＩ制御可能範囲内とするために前記所定の噴射開始時期を補正するとともに、前記運転状態量に応じて決定される要求燃料噴射量の全量の燃料を予混合圧縮着火燃焼用として、前記補正された噴射開始時期から（今回の作動サイクルにおいて）前記燃焼室内に噴射するように構成されてもよい。
【００４６】
先に説明したように、燃料の噴射開始時期から冷炎開始時期までの経過時間が長くなると、予混合気が冷炎開始時期において燃焼室の内壁面近傍まで分散する程度が高くなり、この結果、冷炎による発熱に寄与する予混合気の割合が少なくなって冷炎発熱量が小さくなる傾向がある。また、冷炎発熱量が小さくなるほど、冷炎発生後の予混合気の温度が低くなって予混合気の自着火開始時期が遅くなる。
【００４７】
換言すれば、燃料の噴射開始時期から冷炎開始時期までの経過時間を調整すれば、予混合気の自着火開始時期を調整することができる。従って、前記推定された今回の作動サイクルにおける前記予混合気自着火開始時期がＰＣＣＩ制御可能範囲から外れていると判定される場合であっても、今回の作動サイクルにおける燃料の噴射開始時期から冷炎開始時期までの経過時間を調整すれば、今回の作動サイクルにおける実際の予混合気自着火開始時期を同ＰＣＣＩ制御可能範囲内に制御することが可能となる（場合がある）。
【００４８】
他方、一般に、燃料の噴射開始時期から冷炎開始時期までの経過時間は、同噴射開始時期が早くなるほど長くなる傾向があるから、燃料の噴射開始時期を調整すれば、燃料の噴射開始時期から冷炎の開始時期までの経過時間を調整することができる。
【００４９】
以上のことから、上記のように構成すれば、前記推定された今回の作動サイクルにおける前記予混合気自着火開始時期がＰＣＣＩ制御可能範囲から外れていると判定される場合であっても、今回の作動サイクルにおけるＰＣＣＩ燃焼用の燃料噴射時期を調整することで、前記運転状態量に応じて決定される要求燃料噴射量の全量の燃料をＰＣＣＩ燃焼用として圧縮上死点近傍よりも早期に（今回の作動サイクルにおいて）燃焼室内に噴射することができる（場合がある）。これにより、ノイズ大、或いは失火発生等の事態を発生させることなく上記要求燃料噴射量の全量についてＰＣＣＩ燃焼を達成できる機会が多くなり、この結果、ＮＯｘ、及びＰＭの発生量を少なくできる機会を増やすことができる。
【００５０】
また、上述した燃料噴射形態制御手段の構成に代えて、同燃料噴射形態制御手段は、前記推定された今回の作動サイクルにおける前記予混合気自着火開始時期が前記得られたＰＣＣＩ制御可能範囲内にある場合、前記運転状態量に応じて決定される要求燃料噴射量の全量の燃料を予混合圧縮着火燃焼用として、同運転状態量に応じて決定される所定の噴射圧力（例えば、定常適合圧力）をもって圧縮上死点近傍よりも早期に燃焼室内に噴射し、前記推定された今回の作動サイクルにおける前記予混合気自着火開始時期が前記得られたＰＣＣＩ制御可能範囲から外れている場合、同今回の作動サイクルにおける実際の予混合気自着火開始時期を同得られたＰＣＣＩ制御可能範囲内とするために前記所定の噴射圧力を補正するとともに、前記運転状態量に応じて決定される要求燃料噴射量の全量の燃料を予混合圧縮着火燃焼用として、前記補正された所定の噴射圧力をもって前記圧縮上死点近傍よりも早期に前記燃焼室内に噴射するように構成されてもよい。
【００５１】
一般に、機関の負荷が比較的高い場合、燃料噴射圧力を高くするほど予混合気の自着火開始時期が早くなる傾向がある。これは、主として、燃料噴射圧力が高くなるほど液体燃料が霧化する速度（蒸発速度）が速くなることに基づく。また、機関の負荷が比較的低い場合、燃料噴射圧力を低くするほど予混合気の自着火開始時期が早くなる傾向がある。これは、主として、燃料噴射圧力が低くなるほど予混合気の過分散が抑制され（即ち、予混合気の不均一度が大きくなり）、この結果、上述したように自着火開始時期が早くなることに基づく。
【００５２】
従って、前記推定された今回の作動サイクルにおける前記予混合気自着火開始時期がＰＣＣＩ制御可能範囲から遅い方向に外れていると判定される場合（即ち、失火が発生すると判定される場合）であっても、今回の作動サイクルにおけるＰＣＣＩ燃焼用の燃料の噴射圧力を機関の負荷状態に応じて調整すれば、今回の作動サイクルにおける実際の予混合気自着火開始時期をＰＣＣＩ制御可能範囲内に制御することが可能となる（場合がある）。
【００５３】
以上のことから、上記のように構成すれば、前記推定された今回の作動サイクルにおける前記予混合気自着火開始時期がＰＣＣＩ制御可能範囲から外れている（具体的には、遅い方向に外れている）と判定される場合であっても、今回の作動サイクルにおけるＰＣＣＩ燃焼用の燃料噴射圧力を機関の負荷状態に応じて調整することで、前記運転状態量に応じて決定される要求燃料噴射量の全量の燃料をＰＣＣＩ燃焼用として圧縮上死点近傍よりも早期に（今回の作動サイクルにおいて）燃焼室内に噴射することができる（場合がある）。これによっても、ノイズ大、或いは失火発生等の事態を発生させることなく上記要求燃料噴射量の全量についてＰＣＣＩ燃焼を達成できる機会が多くなり、この結果、ＮＯｘ、及びＰＭの発生量を少なくできる機会を増やすことができる。
【００５４】
また、上記何れかの本発明に係る制御装置においては、上述した燃料噴射形態制御手段そのものに代えて、前記推定された今回の作動サイクルにおける前記予混合気自着火開始時期が前記得られたＰＣＣＩ制御可能範囲から外れている場合に、前記今回の作動サイクルにおける実際の予混合気自着火開始時期を同得られたＰＣＣＩ制御可能範囲内とするために同今回の作動サイクルにおける前記予混合気の温度を（強制的に）所定量だけ増減せしめる予混合気温度調整手段を備えるように構成してもよい。
【００５５】
一般に、圧縮行程中における或る時点における予混合気の温度が高いほど予混合気の自着火開始時期が早くなる。従って、前記推定された今回の作動サイクルにおける前記予混合気自着火開始時期がＰＣＣＩ制御可能範囲から遅い方向に外れていると判定される場合（即ち、失火が発生すると判定される場合）、今回の作動サイクルにおける予混合気の温度を強制的に高めることができれば、今回の作動サイクルにおける実際の予混合気自着火開始時期をＰＣＣＩ制御可能範囲内に制御することが可能となる。
【００５６】
一方、前記推定された今回の作動サイクルにおける前記予混合気自着火開始時期がＰＣＣＩ制御可能範囲から早い方向に外れていると判定される場合（即ち、ノイズ大と判定される場合）、今回の作動サイクルにおける予混合気の温度を強制的に低くすることができれば、今回の作動サイクルにおける実際の予混合気自着火開始時期をＰＣＣＩ制御可能範囲内に制御することが可能となる。
【００５７】
以上のことから、上記のように予混合気温度調整手段を備えることにより、前記推定された今回の作動サイクルにおける前記予混合気自着火開始時期がＰＣＣＩ制御可能範囲から外れていると判定される場合であっても、今回の作動サイクルにおける実際の予混合気自着火開始時期を強制的にＰＣＣＩ制御可能範囲内に制御することが可能となる。これによっても、ノイズ大、或いは失火発生等の事態を発生させることなく上記要求燃料噴射量の全量についてＰＣＣＩ燃焼を達成できる機会が多くなり、この結果、ＮＯｘ、及びＰＭの発生量を少なくできる機会を増やすことができる。
【００５８】
なお、前記予混合気温度調整手段は、予混合気の温度を強制的に高める場合、例えば、新たに所定のガスを燃焼室内に注入することで筒内ガスの量を増大する、機関の圧縮比を増大する、グローで燃焼室を加熱する、等の処置を行う。一方、前記予混合気温度調整手段は、予混合気の温度を強制的に低くする場合、例えば、筒内ガスの一部を燃焼室外に放出することで筒内ガスの量を減少させる、機関の圧縮比を低くする、新たに所定の冷却材（例えば、水等）を燃焼室内に注入する、等の処置を行う。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５９】
以下、本発明による内燃機関の混合気着火時期推定装置を含む内燃機関（ディーゼル機関）の制御装置の実施形態の一つについて図面を参照しつつ説明する。
【００６０】
図１は、本発明による内燃機関の制御装置を４気筒内燃機関（ディーゼル機関）１０に適用したシステム全体の概略構成を示している。このシステムは、燃料供給系統を含むエンジン本体２０、エンジン本体２０の各気筒の燃焼室（筒内）にガスを導入するための吸気系統３０、エンジン本体２０からの排ガスを放出するための排気系統４０、排気還流を行うためのＥＧＲ装置５０、及び電気制御装置６０を含んでいる。
【００６１】
エンジン本体２０の各気筒の上部には燃料噴射弁（噴射弁、インジェクタ）２１が配設されている。各燃料噴射弁２１は、図示しない燃料タンクと接続された燃料噴射用ポンプ２２に燃料配管２３を介して接続されている。燃料噴射用ポンプ２２は、電気制御装置６０と電気的に接続されていて、同電気制御装置６０からの駆動信号（後述する指令燃料噴射圧力Pcrに応じた指令信号）により燃料の実際の噴射圧力（吐出圧力）が同指令燃料噴射圧力Pcrになるように同燃料を昇圧するようになっている。
【００６２】
これにより、燃料噴射弁２１には、燃料噴射用ポンプ２２から前記指令燃料噴射圧力Pcrまで昇圧された燃料が供給されるようになっている。また、燃料噴射弁２１は、電気制御装置６０と電気的に接続されていて、同電気制御装置６０からの駆動信号（後述するＰＣＣＩ燃焼用指令最終燃料噴射量qfinpcci（、及び／又は拡散燃焼用指令最終燃料噴射量qfindiff）に応じた指令信号）により所定時間だけ開弁し、これにより各気筒の燃焼室内に前記指令燃料噴射圧力Pcrにまで昇圧された燃料をＰＣＣＩ燃焼用指令最終燃料噴射量qfinpcci（、及び／又は拡散燃焼用指令最終燃料噴射量qfindiff）だけ直接噴射するようになっている。なお、本例において、「〜燃料噴射量」は、噴射された燃料の体積を意味するものとする。
【００６３】
吸気系統３０は、エンジン本体２０の各気筒の燃焼室にそれぞれ接続された吸気マニホールド３１、吸気マニホールド３１の上流側集合部に接続され同吸気マニホールド３１とともに吸気通路を構成する吸気管３２、吸気管３２内に回動可能に保持されたスロットル弁３３、電気制御装置６０からの駆動信号に応答してスロットル弁３３を回転駆動するスロットル弁アクチュエータ３３ａ、スロットル弁３３の上流において吸気管３２に順に介装されたインタクーラー３４とターボチャージャ３５のコンプレッサ３５ａ、及び吸気管３２の先端部に配設されたエアクリーナ３６とを含んでいる。
【００６４】
排気系統４０は、エンジン本体２０の各気筒にそれぞれ接続された排気マニホールド４１、排気マニホールド４１の下流側集合部に接続された排気管４２、排気管４２に配設されたターボチャージャ３５のタービン３５ｂ、ターボチャージャ絞り弁３５ｃ及び排気管４２に介装されたディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、「ＤＰＮＲ」と称呼する。）４３を含んでいる。排気マニホールド４１及び排気管４２は排気通路を構成している。
【００６５】
ターボチャージャ絞り弁３５ｃは、電気制御装置６０と接続されていて、同電気制御装置６０からの駆動信号に応答してターボチャージャ３５の容量を実質的に可変とするようにタービン３５ｂに流入する排ガス通路面積を可変とする弁である。このターボチャージャ絞り弁３５ｃが閉じられてタービン３５ｂに流入する排ガス通路面積を小さくすると過給圧が増大し、逆にターボチャージャ絞り弁３５ｃが開かれてタービン３５ｂに流入する排ガス通路面積を大きくすると過給圧が低下する。
【００６６】
ＤＰＮＲ４３は、コージライト等の多孔質材料から形成されたフィルタ４３ａを備え、通過する排気ガス中のパティキュレートを細孔表面にて捕集するフィルタである。ＤＰＮＲ４３は、担体としてのアルミナに、カリウムＫ，ナトリウムＮａ，リチウムＬｉ，セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ，カルシウムＣａのようなアルカリ土類金属、及びランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類金属から選ばれた少なくとも一つを白金とともに担持し、ＮＯｘを吸収した後に同吸収したＮＯｘを放出して還元する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒としても機能するようになっている。
【００６７】
ＥＧＲ装置５０は、排気ガスを還流させる通路（ＥＧＲ通路）を構成する排気還流管５１と、排気還流管５１に介装されたＥＧＲ制御弁５２と、ＥＧＲクーラー５３とを備えている。排気還流管５１はタービン３５ｂの上流側排気通路（排気マニホールド４１）とスロットル弁３３の下流側吸気通路（吸気マニホールド３１）を連通している。ＥＧＲ制御弁５２は電気制御装置６０からの駆動信号に応答し、再循環される排気ガス量（排気還流量、ＥＧＲガス流量）を変更し得るようになっている。
【００６８】
電気制御装置６０は、互いにバスで接続されたＣＰＵ６１、ＣＰＵ６１が実行するプログラム、テーブル（ルックアップテーブル、マップ）、及び定数等を予め記憶したＲＯＭ６２、ＣＰＵ６１が必要に応じてデータを一時的に格納するＲＡＭ６３、電源が投入された状態でデータを格納するとともに同格納したデータを電源が遮断されている間も保持するバックアップＲＡＭ６４、並びにＡＤコンバータを含むインターフェース６５等からなるマイクロコンピュータである。
【００６９】
インターフェース６５は、空気流量（新気流量）計測手段であって吸気管３２に配置された熱線式エアフローメータ７１、スロットル弁３３の下流であって排気還流管５１が接続された部位よりも下流の吸気通路に設けられた吸気温センサ７２、スロットル弁３３の下流であって排気還流管５１が接続された部位よりも下流の吸気通路に配設された吸気管圧力センサ７３、クランクポジションセンサ７４、アクセル開度センサ７５、燃料噴射用ポンプ２２の吐出口の近傍の燃料配管２３に配設された燃料温度センサ７６、スロットル弁３３の下流であって排気還流管５１が接続された部位よりも下流の吸気通路に設けられた吸気酸素濃度センサ７７、水温センサ７８、排気マニホールド４１の下流側集合部に設けられた排気酸素濃度センサ８１、排気マニホールド４１の下流側集合部に設けられた排気温センサ８２、及び排気マニホールド４１の下流側集合部に設けられた排気圧力センサ８３と接続されていて、これらのセンサからの信号をＣＰＵ６１に供給するようになっている。また、インターフェース６５は、燃料噴射弁２１、燃料噴射用ポンプ２２、スロットル弁アクチュエータ３３ａ、ターボチャージャ絞り弁３５ｃ、及びＥＧＲ制御弁５２と接続されていて、ＣＰＵ６１の指示に応じてこれらに駆動信号を送出するようになっている。
【００７０】
熱線式エアフローメータ７１は、吸気通路内を通過する吸入空気の質量流量（単位時間当りの吸入空気量、単位時間あたりの新気量）を計測し、同質量流量Ga（空気流量Ga）を表す信号を発生するようになっている。吸気温センサ７２は、エンジン１０のシリンダ（即ち、燃焼室、筒内）に吸入されるガスの温度（即ち、吸気温度）を検出し、同吸気温度Tbを表す信号を発生するようになっている。吸気管圧力センサ７３は、エンジン１０のシリンダに吸入されるガスの圧力（即ち、吸気管圧力）を検出し、同吸気管圧力Pbを表す信号を発生するようになっている。
【００７１】
クランクポジションセンサ７４は、各気筒の絶対クランク角度を検出し、実クランク角度CAactを表すとともにエンジン１０の回転速度であるエンジン回転速度NEをも表す信号を発生するようになっている。アクセル開度センサ７５は、アクセルペダルＡＰの操作量（開度）を検出し、アクセル開度Accpを表す信号を発生するようになっている。燃料温度センサ７６は、燃料配管２３を通過する燃料の温度を検出し、燃料温度Tcrを表す信号を発生するようになっている。
【００７２】
吸気酸素濃度センサ７７は、吸気中の酸素濃度を検出し、吸気酸素濃度RO2inを表す信号を発生するようになっている。水温センサ７８は、機関１０を冷却するための冷却水の温度を検出し、冷却水温THWを表す信号を発生するようになっている。排気酸素濃度センサ８１は、排気中の酸素濃度を検出し、排気酸素濃度RO2exを表す信号を発生するようになっている。排気温センサ８２は、排ガスの温度を検出し、排気温度Texを表す信号を発生するようになっている。排気圧力センサ８３は、排ガスの圧力を検出し、排気圧力Pexを表す信号を発生するようになっている。
【００７３】
（混合気着火時期の推定方法の概要）
次に、上記のように構成された内燃機関の混合気着火時期推定装置を含む制御装置（以下、「本装置」と云うこともある。）による混合気着火時期の推定方法について説明する。図２は、或る一つの気筒のシリンダ内(筒内)に吸気マニホールド３１からガスが吸入され、燃焼室内に吸入されたガスが排気マニホールド４１へ排出される様子を模式的に示した図である。
【００７４】
図２に示したように、燃焼室内に吸入されるガス（従って、筒内ガス）には、吸気管３２の先端部からスロットル弁３３を介して吸入された新気と、排気還流管５１からＥＧＲ制御弁５２を介して吸入された（外部）ＥＧＲガスが含まれる。吸入される新気量（質量）と吸入されるＥＧＲガス量（質量）の和に対するＥＧＲガス量の割合（即ち、ＥＧＲ率）は、運転状態に応じて電気制御装置６０（ＣＰＵ６１）により適宜制御されるＥＧＲ制御弁５２の開度に応じて変化する。後述するように、本装置は、原則的にＰＣＣＩ燃焼用の燃料噴射形態を選択する一方、運転状態によっては拡散燃焼用の燃料噴射形態、或いは両方の燃料噴射形態を選択するようになっている。ＥＧＲ率は、原則的に、ＰＣＣＩ燃焼用の燃料噴射形態が選択されている場合において拡散燃焼用の燃料噴射形態が選択されている場合に比して大きくなるように設定される。
【００７５】
かかる新気、及びＥＧＲガスは、吸気行程において開弁している吸気弁Vinを介してピストンの下降に伴って燃焼室内に吸入されて筒内ガスとなる。筒内ガスは、ピストンが圧縮下死点に達した後の圧縮行程中の所定の時点で吸気弁Vinが閉弁することにより筒内に密閉され、その時点以降、ピストンの上昇に伴って圧縮されていく。この結果、筒内ガスの温度（以下、「筒内温度Tg」と称呼する。）が増大していく。
【００７６】
そして、ＰＣＣＩ燃焼用の燃料噴射形態が選択されている場合、圧縮行程中における圧縮上死点よりも早期の所定の時期が到来すると（具体的には、クランク角度CAが後述するＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射開始時クランク角度CAqpcciに一致すると）、本装置は、前記ＰＣＣＩ燃焼用指令最終燃料噴射量qfinpcciに応じた所定時間だけ燃料噴射弁２１を開弁することで燃料を筒内に直接噴射する。この場合、燃料噴射時点での筒内温度Tgが低いことに加えて上述のごとくＥＧＲ率が大きい値となっているから、噴射された燃料（燃料噴霧。従って、予混合気）は直ちに自着火することなく燃焼室内で略均一になるまで十分に分散していく。このように燃焼室内に広く分散していく予混合気はピストンの上昇に伴って圧縮により高温・高圧となっていき、圧縮上死点近傍になると予混合気全体が略同時に自着火する（従って、ＰＣＣＩ燃焼が達成される）。
【００７７】
一方、拡散燃焼用の燃料噴射形態が選択されている場合、圧縮行程中における圧縮上死点近傍の所定の時期が到来すると（具体的には、クランク角度CAが後述する拡散燃焼用燃料噴射時クランク角度CAqdiffに一致すると）、本装置は、前記拡散燃焼用指令最終燃料噴射量qfindiffに応じた所定時間だけ燃料噴射弁２１を開弁することで燃料を筒内に直接噴射する。この結果、噴射された（液体の）燃料は、圧縮により既に高温になっている筒内ガスから受ける熱により直ちに燃料蒸気になるとともに、時間の経過に伴って同筒内ガスと混ざり合いながら混合気となって順次自着火していく（従って、拡散燃焼が達成される）。
【００７８】
<ＰＣＣＩ燃焼時における予混合気の自着火開始時期の具体的推定方法>
以下、本装置によるＰＣＣＩ燃焼時における予混合気の自着火開始時期の具体的推定方法について図３を参照しながら説明する。図３は、圧縮行程（及び、膨張行程）における筒内温度Tg及び燃焼室内における熱発生率（dQ/dCA。単位時間あたりの熱発生量）の変化の一例を示した図である。
【００７９】
図３において、CAinは圧縮開始時クランク角度（即ち、吸気弁Vin閉時クランク角度）、CAqpcciはＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射開始時クランク角度、CAcoolは冷炎開始時クランク角度、CAigは自着火（熱炎）開始時クランク角度である。また、説明の便宜上、クランク角度CAが圧縮開始時クランク角度CAin〜ＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射開始時クランク角度CAqpcciの間にある場合を第１モード（Mode＝１）、クランク角度CAがＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射開始時クランク角度CAqpcci〜冷炎開始時クランク角度CAcoolの間にある場合を第２モード（Mode＝２）、クランク角度CAが冷炎開始時クランク角度CAcool〜自着火開始時クランク角度CAigの間にある場合を第３モード（Mode＝３）と呼ぶ。
【００８０】
また、ＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射開始時クランク角度CAqpcciは、後述するように、要求燃料噴射量（指令総燃料噴射量）qfinを計算する時期が到来した時点（具体的には、圧縮下死点近傍。従って、圧縮開始時より前の時点）で、現時点での運転状態と所定のマップ（テーブル）とに基づいて定常適合値（予め実験等により決定されている値であって機関が同運転状態で定常状態にある場合において機関の状態を最適な状態とするために適合された値）として決定される。
【００８１】
本例では、予混合気の冷炎（低温酸化反応）は、圧縮行程において圧縮により上昇していく予混合気温度（従って、筒内温度Tg）が所定の冷炎開始に対応する一定の温度（以下、「冷炎開始温度Tcool」と称呼する。）に達した時点で開始されると仮定する。同様に、本例では、予混合気の自着火（熱炎）は、予混合気温度（従って、筒内温度Tg）が所定の自着火開始に対応する一定の温度（以下、「自着火開始温度Tig」と称呼する。）に達した時点で開始されると仮定する。
【００８２】
そして、本装置は、今回の作動サイクルで燃料を噴射すべき気筒（以下、「燃料噴射気筒」と称呼する。）の実クランク角度CAactが圧縮開始時クランク角度CAinに達した時点（即ち、燃料噴射気筒の吸気弁Vinが閉弁した時点）で直ちに、（原則的に）要求燃料噴射量qfinの全量の燃料をＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射時にてＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射量qpcciとして噴射すると仮定した場合における圧縮開始時以降での今回の圧縮行程中の筒内温度Tg（従って、予混合気の温度）の推移を微小クランク角度ΔCA毎にクランク角度CAに対応させた形で予測・推定する。そして、本装置は、上記推定された筒内温度Tgが自着火開始温度Tigに達する時点を予混合気自着火開始時期（即ち、自着火開始時クランク角度CAig）として推定する。従って、本装置は、圧縮開始時の直後の時点（従って、ＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射開始時よりも前の時点）で既に予混合気自着火開始時期の推定を完了する。
【００８３】
以下、要求燃料噴射量qfinの全量の燃料をＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射時にてＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射量qpcciとして噴射すると仮定した場合における今回の圧縮行程中の筒内温度Tgを微小クランク角度ΔCA毎にクランク角度CAに対応させた形で予測・推定する方法について説明する。
【００８４】
一般に、筒内温度Tgにおける燃焼室内のガス（筒内ガス）の熱エネルギーQは下記(1)式に従って表すことができる。下記(1)式において、Mは筒内ガスの総質量（筒内ガス質量）、Cpは筒内ガスの定圧比熱である。従って、筒内ガスの熱エネルギーQ、筒内ガス質量M、及び筒内ガスの定圧比熱Cpをそれぞれ微小クランク角度ΔCA毎に逐次求めていく（更新していく）ことで、下記(2)式に従って微小クランク角度ΔCA毎にクランク角度CAに対応させた形で筒内温度Tgを求めていくことができる。以下、先ず、筒内ガス質量Mの求め方について説明する。
【００８５】
Q＝M・Cp・Tg  ・・・(1)
Tg＝Q / (M・Cp)  ・・・(2)
【００８６】
<筒内ガス質量M>
筒内ガス質量Mは、ＰＣＣＩ燃焼用燃料の噴射前の段階（即ち、第１モード）では、圧縮開始時点で燃焼室内に密閉された圧縮開始時筒内ガス質量M0に維持され、同燃料噴射後の段階（即ち、第２，第３モード）では、同圧縮開始時筒内ガス質量M0にＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射量qpcci(＝qfin)の燃料の質量「qpcci・ρf」を加えた値(M0＋qpcci・ρf)に維持される。ここで、ρfは燃料密度である。圧縮開始時筒内ガス質量M0は、圧縮開始時の筒内ガスについての気体の状態方程式に基づく下記(3)式に従って求めることができる。
【００８７】
M0＝Pgin・Vain / (R・Tin)  ・・・(3)
【００８８】
上記(3)式において、Rは筒内ガスのガス定数である（ここでのガス定数Rは、一般ガス定数を筒内ガスの平均分子量で除した値である）。Pginは圧縮開始時における筒内ガス圧力Pgである。圧縮開始時において筒内ガス圧力は吸気管圧力Pbと略等しいと考えられるから、圧縮開始時筒内ガス圧力Pginは圧縮開始時において吸気管圧力センサ７３により検出される吸気管圧力Pbとして取得することができる。
【００８９】
Vainは圧縮開始時筒内容積である。筒内容積は機関１０の設計諸元に基づいてクランク角度CAの関数Va(CA)として取得することができるから、圧縮開始時筒内容積Vainは圧縮開始時クランク角度CAinと関数VaとからVa(CAin)として取得することができる。Tinは圧縮開始時における筒内温度である。圧縮開始時筒内温度Tinは、下記(4)式に従って表すことができる。
【００９０】
Tin＝Tb＋ΔTin  ・・・(4)
【００９１】
上記(4)式において、Tbは圧縮開始時において吸気温センサ７２により検出される吸気温度である。この吸気温度Tbは、スロットル弁３３を介して吸入されてきた新気と、ＥＧＲ制御弁５２を介して吸入されてきた外部ＥＧＲガスの影響が反映された値である。ΔTinは吸気温度補正量であって、吸気が吸気温センサ７２を通過してから燃焼室内に流入するまでの間に同吸気が受ける熱による吸気温度の増加量である。この熱は、主として、前回の燃焼後に燃焼室内に残留している残留ガス（内部ＥＧＲガス）、並びに、吸気弁Vinの表面及び吸気マニホールド３１の内壁面等、から受ける熱であると考えられる。
【００９２】
燃焼室内に残留している内部ＥＧＲガスから受ける熱量は、同内部ＥＧＲガスの量、及び温度に依存する。内部ＥＧＲガスの量は、前回の排気行程中における所定時期でのエンジン回転速度NEb、同所定時期での排気圧力Pexb、同所定時期での排気温度Texbにより決定され得、同内部ＥＧＲガスの温度は、前回の（要求）燃料噴射量qfinbにより決定され得る。また、上記吸気弁Vinの表面等から受ける熱量は、圧縮開始時点での冷却水温THWに依存する。従って、吸気温度補正量ΔTinは、qfinb，NEb，Pexb，Texb，THWを引数とする関数funcΔTinにより下記(5)式に従って求めることができる。
【００９３】
ΔTin＝funcΔTin(qfinb，NEb，Pexb，Texb，THW)  ・・・(5)
【００９４】
以上により、上記(3)式に従って圧縮開始時筒内ガス質量M0を求めることができ、従って、第１モードにおける筒内ガス質量M(＝M0)、及び第２，第３モードにおける筒内ガス質量M(＝M0＋qpcci・ρf)を求めることができる。
【００９５】
<筒内ガスの定圧比熱Cp>
次に、筒内ガスの定圧比熱Cpの求め方について説明する。一般に、筒内ガスの比熱比κ＝Cp/Cv
なる関係、及び、Cp＝Cv＋R なる関係から Cv を消去することで、筒内ガスの定圧比熱Cpと、筒内ガスの比熱比κとの関係は下記(6)式にて表すことができる。Cvは筒内ガスの定容比熱である。
【００９６】
κ＝Cp/(Cp−R)・・・(6)
【００９７】
筒内ガスの比熱比κは、筒内ガスを構成する成分の組成割合に応じて変化する。筒内ガスを構成する成分は、ＰＣＣＩ燃焼用燃料の噴射前の段階（即ち、第１モード）では主として、酸素Ｏ２、二酸化炭素ＣＯ２、窒素Ｎ２、水Ｈ２Ｏを含み、同燃料噴射後の段階（即ち、第２，第３モード）では、更に燃料を構成する成分を含む。ここで、これらの成分の組成割合は、吸気中の酸素濃度RO2in、前回の排気行程中における所定時期での排気酸素濃度RO2exb、及び現時点での筒内温度Tg（燃料噴射後の段階では、更にＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射量qpcci）に大きく依存する。
【００９８】
従って、ＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射後の段階である第２，第３モードにおける筒内ガスの比熱比κ（従って、筒内ガスの定圧比熱Cp）は、RO2in，RO2exb，Tg，qpcciを引数とする関数funcCpを用いて下記(7)式に従って表すことができ、一方、ＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射前の段階である第１モードにおける筒内ガスの比熱比κ（従って、筒内ガスの定圧比熱Cp）は、下記(7)式においてqpcciを「０」と置いた下記(8)式に従って求めることができる。
【００９９】
Cp＝funcCp(RO2in，RO2exb，Tg，qpcci)  ・・・(7)
Cp＝funcCp(RO2in，RO2exb，Tg，0)  ・・・(8)
【０１００】
下記(7)式,(8)式から理解できるように、筒内ガスの定圧比熱Cpは筒内温度Tgに応じて変化する値である。以上のように、第１モードにおける筒内ガスの定圧比熱Cpは上記(8)式に従って求めることができ、第２，第３モードにおける筒内ガスの定圧比熱Cpは上記(7)式に従って求めることができる。
【０１０１】
<筒内ガスの熱エネルギーQ>
次に、筒内ガスの熱エネルギーQについて説明する。先ず、圧縮開始時点での筒内ガスの熱エネルギーQinは、「Qin＝M0・Cp・Tin」なる関係から求めることができる。ここにおける筒内ガスの定圧比熱Cpは第１モードにおける比熱であるから、上記(8)式に従って求められる値である。
【０１０２】
また、筒内ガスの熱エネルギーQは、第１モード〜第３モードに渡って、ピストンが筒内ガスに対して行う仕事（ピストン仕事Wpiston）と、燃焼室の内壁と筒内ガスとの接触により筒内ガスから燃焼室壁へ伝達されるエネルギー（損失エネルギーWloss）の影響を受け続ける。
【０１０３】
いま、クランク角度CAが微小クランク角度ΔCAだけ進行する間における微小ピストン仕事ΔWpistonを考える。クランク角度CAが微小クランク角度ΔCAだけ進行する間に筒内容積がΔV（＞０）だけ減少したとすると、微小ピストン仕事ΔWpistonは、現時点での筒内ガス圧力Pgを用いて下記(9)式に従って表すことができる。現時点での筒内ガス圧力Pgは、現時点での筒内ガス質量M、現時点での筒内温度Tg、現時点での筒内容積Va(CA)と、現時点での筒内ガスについての気体の状態方程式とに基づいて「Pg＝M・R・Tg/Va(CA)」なる関係から求めることができる。
【０１０４】
ΔWpiston＝Pg・ΔV  ・・・(9)
【０１０５】
また、筒内容積Vaをクランク角度CAで微分した値(dVa/dCA)は機関１０の設計諸元に基づいてクランク角度CAの関数(dVa/dCA)(CA)として取得することができるから、ΔVは下記(10)式に従って表すことができる。従って、上記(9)式、及び下記(10)式により、微小ピストン仕事ΔWpistonは下記(11)式に従って求めることができる。
【０１０６】
ΔV＝(−dVa/dCA)(CA)・ΔCA  ・・・(10)
【０１０７】
ΔWpiston＝Pg・(−dVa/dCA)(CA)・ΔCA  ・・・(11)
【０１０８】
次に、クランク角度CAが微小クランク角度ΔCAだけ進行する間における微小損失エネルギーΔWlossを考える。筒内ガスから燃焼室壁へ伝達される単位時間あたりの損失エネルギー(dWloss/dt)は、筒内温度Tgと冷却水温THWの差(Tg−THW)に応じた値になると考えられるから、(Tg−THW)を引数とする関数funcWlossを用いて下記(12)式に従って表すことができる。
【０１０９】
dWloss/dt＝funcWloss(Tg−THW)  ・・・(12)
【０１１０】
そうすると、クランク角度CAが微小クランク角度ΔCAだけ進行する間の時間をΔtとしたとき、微小損失エネルギーΔWlossは下記(13)式に従って表すことができる。また、Δtは、現時点でのエンジン回転速度NEと、微小クランク角度ΔCAを用いて下記(14)式に従って表すことができる。従って、上記(12)式、下記(13)式、及び(14)式により、微小損失エネルギーΔWlossは下記(15)式に従って求めることができる。
【０１１１】
ΔWloss＝dWloss/dt・Δt  ・・・(13)
【０１１２】
Δt＝(dt/dCA)・ΔCA＝(1/NE)・ΔCA  ・・・(14)
【０１１３】
ΔWloss＝funcWloss(Tg−THW)・(1/NE)・ΔCA  ・・・(15)
【０１１４】
以上のことから、クランク角度CAが微小クランク角度ΔCAだけ進行する間におけるピストン仕事と損失エネルギーの影響による筒内ガスの内部エネルギーの増加量ΔQ1は下記(16)式にて求めることができる。
【０１１５】
ΔQ1＝ΔWpiston−ΔWloss  ・・・(16)
【０１１６】
更に、筒内ガスの熱エネルギーQは、ＰＣＣＩ燃焼用燃料の噴射により同（液体）燃料が燃料蒸気に変化する際の潜熱ΔQlatent、及び同燃料蒸気そのものが有する熱エネルギーΔQqpcciの影響を受ける。潜熱ΔQlatentは、ＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射量qpcciに応じた値となると考えられるから、qpcciを引数とする関数funcΔQlatentを用いて下記(17)式に従って求めることができる。一方、燃料蒸気の熱エネルギーΔQqpcciは下記(18)式に従って求めることができる。下記(18)式において、Cfは燃料蒸気の比熱Cfであり、TcrはＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射時点において燃料温度センサ７６により検出される液体燃料の温度である。
【０１１７】
ΔQlatent＝funcΔQlatent(qpcci)  ・・・(17)
ΔQqpcci＝(qpcci・ρf)・Cf・Tcr  ・・・(18)
【０１１８】
加えて、筒内ガスの熱エネルギーQは、予混合気の冷炎による発熱量（冷炎発熱量ΔQlto）の影響を受ける。冷炎発熱量ΔQltoは、ＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射量qpcci、同燃料の性状（本例では、セタン価CN）、吸気酸素濃度RO2in、及び冷炎開始時期における筒内ガス密度ρcoolに強く影響を受けることが判っている。従って、実験等を通して、これらの各値を引数とする冷炎発熱量ΔQltoを求めるためのテーブルMapΔQltoを予め作製しておくことができる。また、冷炎開始時期における筒内ガス密度ρcoolは、冷炎開始時点での筒内ガス質量M(＝M0＋qpcci・ρf)を冷炎開始時点での筒内容積Va(CAcool)で除することで求めることができる。従って、冷炎発熱量ΔQltoは、係るテーブルMapΔQltoを用いて下記(19)式に従って求めることができる。係る冷炎発熱量ΔQltoは、実際には、図３における斜線領域に示すように、第３モード中において所定の時間に渡って発生するが、本例では、冷炎開始時（CAcool）において瞬時に発生するものと仮定する。
【０１１９】
ΔQlto＝Map(CN，qpcci，RO2in，ρcool)  ・・・(19)
【０１２０】
以上のように、筒内ガスの熱エネルギーQは、第１モード〜第３モードに渡ってクランク角度CAが微小クランク角度ΔCAだけ進行する毎に上記内部エネルギーの増加量ΔQ1の分だけ増加するのみならず、ＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射（開始）時点（CAqpcci）において上記燃料蒸気の熱エネルギーΔQqpcciの分だけ増加するとともに上記潜熱ΔQlatentの分だけ減少し、更には、冷炎開始時（CAcool）において上記冷炎発熱量ΔQltoの分だけ増加する。これにより、筒内ガスの熱エネルギーQを微小クランク角度ΔCA毎に逐次求めていくことができる。
【０１２１】
以上のようにして、クランク角度CAを圧縮開始時クランク角度CAinから微小クランク角度ΔCAだけ進行していく毎に筒内ガス質量M、筒内ガスの定圧比熱Cp、及び筒内ガスの熱エネルギーQをそれぞれ逐次求めていくことができるから、上記(2)式に従って微小クランク角度ΔCA毎にクランク角度CAに対応させた形で筒内温度Tgを求めていくことができる。
【０１２２】
以上、本装置は、上記手法により、微小クランク角度ΔCA毎にクランク角度CAに対応させた形で筒内温度Tgを逐次求めていく。そして、第２モードにおいて筒内温度Tgが冷炎開始温度Tcoolに達する時点を冷炎開始時期（即ち、冷炎開始時クランク角度CAcool）として推定するとともに、第３モードにおいて筒内温度Tgが自着火開始温度Tigに達する時点を予混合気自着火開始時期（即ち、自着火開始時クランク角度CAig）として推定する。係る推定は、前述のごとく、圧縮開始時（CAin）の直後の時点で完了する。以上が、要求燃料噴射量qfinの全量の燃料をＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射時にてＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射量qpcciとして噴射すると仮定した場合における予混合気の自着火開始時期の具体的推定方法である。
【０１２３】
（ＰＣＣＩ制御の可否判定）
先に述べたように、ＰＣＣＩ燃焼での予混合気の自着火開始時期においては、ノイズ大、或いは失火発生等の事態が発生することのない前記ＰＣＣＩ制御可能範囲が存在する。係るＰＣＣＩ制御可能範囲は、主として、エンジン回転速度NE、ＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射量qpcci、及び予混合気の当量比φにより変化する。
【０１２４】
図４は、エンジン回転速度NEとＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射量qpcciが或る一つの組み合わせに係る関係にあって、且つ機関１０が定常運転状態にある場合における、予混合気の当量比φとＰＣＣＩ制御可能範囲との関係を示した図である。ＰＣＣＩ制御可能範囲は図４において斜線で示したＰＣＣＩ制御可能領域に対応している。図４に示したように、ＰＣＣＩ制御可能範囲（領域）は、当量比φの増加に従って遅角方向に移動する。これは、予混合気の当量比φが増加するほど、ノイズが大きくなるとともに失火が発生し難くなる、という傾向があることに基づく。
【０１２５】
図４に示したような、機関１０が定常運転状態にある場合における予混合気の当量比φとＰＣＣＩ制御可能範囲との関係は、エンジン回転速度NEとＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射量qpcciの組み合わせに応じて変化し得る。係る関係は、機関１０を種々の定常運転状態に順次変更していく実験等を通して、エンジン回転速度NEとＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射量qpcciの組み合わせ毎にそれぞれマップとして予め取得することができる。本装置（ＲＯＭ６２）は、エンジン回転速度NEとＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射量qpcciの各組み合わせに対応する上記予め取得されたマップMapjudgeをそれぞれ記憶している。
【０１２６】
また、機関１０が過渡運転状態にある場合においては、図５に示すように、ＰＣＣＩ制御可能範囲は、定常運転状態時に比して吸気酸素濃度RO2inが大きくなるほど遅角方向に移動するとともに、定常運転状態時に比して吸気酸素濃度RO2inが小さくなるほど進角方向に移動する。これは、吸気酸素濃度RO2inが大きくなるほど、ノイズが大きくなるとともに失火が発生し難くなる、という傾向があることに基づく。
【０１２７】
更には、機関１０が過渡運転状態にある場合においては、図６に示すように、ＰＣＣＩ制御可能範囲は、定常運転状態時に比して筒内ガス質量Mが小さくなるほど遅角方向に移動するとともに、定常運転状態時に比して筒内ガス質量Mが大きくなるほど進角方向に移動する。これは、筒内ガス質量Mが大きくなるほど、筒内ガスの熱容量（M・Cp）が大きくなることに起因してノイズが小さくなるとともに失火が発生し易くなる、という傾向があることに基づく。
【０１２８】
以上のことから、本装置は、上述のごとく、圧縮開始時（CAin）の直後の時点で予混合気の自着火開始時クランク角度CAigを推定した直後に、現時点でのエンジン回転速度NEとＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射量qpcci（＝qfin）との組み合わせから上記マップMapjudgeを選択する。機関１０が過渡運転状態にある場合、現時点での吸気酸素濃度RO2in、及び筒内ガス質量Mの組み合わせから上記選択したマップMapjudgeを適宜補正する。
【０１２９】
そして、本装置は、上記選択したマップMapjudgeと予混合気の当量比φと上記推定した自着火開始時クランク角度CAigとから、φとCAigとの関係がマップMapjudgeにおけるＰＣＣＩ制御可能領域、失火領域、ノイズ大領域の何れに対応するかを判定する。係る判定も、圧縮開始時（CAin）の直後の時点（ＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射開始時より前の時点）で完了する。ここで、予混合気の当量比φは、同予混合気が燃焼室内において均一に分布しているとの仮定のもと、吸入空気流量Ga（を一次遅れ処理した値）、及びＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射量qpcciを引数とする関数funcφを用いて下記(20)式に従って求めることができる。以上が、ＰＣＣＩ制御の可否判定の概要である。
【０１３０】
φ＝funcφ(Ga，qpcci)  ・・・(20)
【０１３１】
（燃料噴射形態の選択、及び機関のフィードバック制御）
本装置は、上記当量比φと自着火開始時クランク角度CAigとの関係が、ＰＣＣＩ制御可能領域に対応する場合、今回の作動サイクルにおいて前記ＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射開始時（CAqpcci）が到来した時点で前記要求燃料噴射量qfinの全量の燃料（=qpcci）をＰＣＣＩ燃焼用指令最終燃料噴射量qfinpcciとして実際に噴射する。
【０１３２】
また、本装置は、上記当量比φと自着火開始時クランク角度CAigとの関係が、失火領域に対応する場合、今回の作動サイクルにおいて圧縮上死点近傍に設定される後述する前記拡散燃焼用燃料噴射開始時（CAqdiff）が到来した時点で前記要求燃料噴射量qfinの全量の燃料を拡散燃焼用指令最終燃料噴射量qfindiffとして実際に噴射する。これにより、先に述べたように、失火の発生を確実に防止することができる。
【０１３３】
そして、この場合、更に本装置は、ＥＧＲ制御弁５２の開度を所定量だけ閉じるとともにターボチャージャ絞り弁３５ｃを所定量だけ開く。この結果、次回以降の作動サイクルにおいて吸気酸素濃度RO2inが大きくなる方向に補正されるとともに筒内ガス質量Mが小さくなる方向に補正される。これにより、図５、及び図６から理解できるように、ＰＣＣＩ制御可能領域が遅角方向に移動し、次回以降の作動サイクルにおいて自着火開始時クランク角度CAigが失火領域からＰＣＣＩ制御可能領域に移動する方向に機関１０がフィードバック制御される。
【０１３４】
他方、本装置は、上記当量比φと自着火開始時クランク角度CAigとの関係が、ノイズ大領域に対応する場合、前記要求燃料噴射量qfin(＝qpcci)をＰＣＣＩ燃焼用指令最終燃料噴射量qfinpcciと拡散燃焼用指令最終燃料噴射量qfindiffとに分割する。このとき、本装置は、分割割合Ratioqpcci（＝qfinpcci/qfin）を下記のように計算する。
【０１３５】
即ち、例えば、上記当量比φと自着火開始時クランク角度CAigとの関係が図７に示した上記選択したマップMapjudge上のノイズ大領域における黒い星印に対応する場合を考える。この場合、自着火開始時クランク角度CAigを一定に維持したまま当量比φを小さくしていくと、上記当量比φと自着火開始時クランク角度CAigとの関係を図７におけるＰＣＣＩ制御可能領域内（のφ軸に沿う方向における略中央部。マップMapjudge上の白い星印を参照）に移動させることができる。
【０１３６】
ここで、当量比φと、ＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射量qpcciとは、吸気中の新気量を一定とすると、比例関係にある。従って、当量比φを上記黒い星印に相当する値φ1から上記白い星印に相当する値φ2に変更することは、図７に示すように、ＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射量qpcciを前記要求燃料噴射量qfinからＰＣＣＩ燃焼用最適噴射量qpccioptに変更することに相当する。即ち、上記分割割合Ratioqpcciを「φ2/φ1」に設定し、ＰＣＣＩ燃焼用指令最終燃料噴射量qfinpcciと拡散燃焼用指令最終燃料噴射量qfindiffとをそれぞれ下記(21)式、及び(22)式に従って求めると、自着火開始時クランク角度CAigをＰＣＣＩ制御可能領域内とすることができる。
【０１３７】
qfinpcci＝qfin・Ratioqpcci  …(21)
qfindiff＝qfin・(1−Ratioqpcci)  …(22)
【０１３８】
そこで、本装置は、この場合、上記手法により分割割合Ratioqpcciを求め、今回の作動サイクルにおいて前記ＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射開始時（CAqpcci）が到来した時点で上記(21)式にて求めたＰＣＣＩ燃焼用指令最終燃料噴射量qfinpcciの燃料を実際に噴射する。次いで、本装置は、前記拡散燃焼用燃料噴射開始時（CAqdiff）が到来した時点で上記(22)式にて求めた拡散燃焼用指令最終燃料噴射量qfindiffの燃料を実際に噴射する。これにより、ノイズ大、或いは失火発生等の事態を発生させることなく、ＰＣＣＩ燃焼によるＮＯｘ、及びＰＭの発生量の低減効果を最大限に発揮せしめることが可能となる。
【０１３９】
そして、この場合、更に本装置は、ＥＧＲ制御弁５２の開度を所定量だけ開くとともにターボチャージャ絞り弁３５ｃを所定量だけ閉める。この結果、次回以降の作動サイクルにおいて吸気酸素濃度RO2inが小さくなる方向に補正されるとともに筒内ガス質量Mが大きくなる方向に補正される。これにより、図５、及び図６から理解できるように、ＰＣＣＩ制御可能領域が進角方向に移動し、次回以降の作動サイクルにおいて自着火開始時クランク角度CAigがノイズ大領域からＰＣＣＩ制御可能領域に移動する方向に機関１０がフィードバック制御される。以上が、燃料噴射形態の選択、及びフィードバック制御の概要である。
【０１４０】
（実際の作動）
次に、上記のように構成された内燃機関の混合気着火時期推定装置を含んだ制御装置の実際の作動について説明する。
<燃料噴射量等の計算>
ＣＰＵ６１は、図８にフローチャートにより示した燃料噴射量等の計算を行うためのルーチンを所定時間の経過毎に、且つ気筒毎に繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ６１はステップ８００から処理を開始し、ステップ８０５に進んで、今回の要求燃料噴射量qfinの計算時期（具体的には、圧縮下死点近傍）が到来したか否かを判定し、「Ｎｏ」と判定する場合、ステップ８９５に直ちに進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１４１】
いま、今回の要求燃料噴射量qfinの計算時期が到来したものとすると、ＣＰＵ６１はステップ８０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ８１０に進み、アクセル開度Accp、エンジン回転速度NE、及び図９に示したテーブル（マップ）Mapqfinから要求燃料噴射量qfinを求める。テーブルMapqfinは、アクセル開度Accp及びエンジン回転速度NEと要求燃料噴射量qfinとの関係を規定するテーブルであり、ＲＯＭ６２内に格納されている。
【０１４２】
次いで、ＣＰＵ６１はステップ８１５に進み、要求燃料噴射量qfin、エンジン回転速度NE、及び図１０に示したテーブルMapCAqpcciからＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射開始時クランク角度CAqpcciを決定する。テーブルMapCAqpcciは、要求燃料噴射量qfin及びエンジン回転速度NEとＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射開始時クランク角度CAqpcciとの関係を規定するテーブルであり、ＲＯＭ６２内に格納されている。
【０１４３】
続いて、ＣＰＵ６１はステップ８２０に進み、要求燃料噴射量qfin、エンジン回転速度NE、及び図１１に示したテーブルMapCAqdiffから拡散燃焼用燃料噴射開始時クランク角度CAqdiffを決定する。テーブルMapCAqdiffは、要求燃料噴射量qfin及びエンジン回転速度NEと拡散燃焼用燃料噴射開始時クランク角度CAqdiffとの関係を規定するテーブルであり、ＲＯＭ６２内に格納されている。
【０１４４】
次に、ＣＰＵ６１はステップ８２５に進んで、要求燃料噴射量qfin、エンジン回転速度NE、及び図１２に示したテーブルMapPcrから指令燃料噴射圧力Pcrを決定する。テーブルMapPcrは、要求燃料噴射量qfin及びエンジン回転速度NEと指令燃料噴射圧力Pcrとの関係を規定するテーブルであり、ＲＯＭ６２内に格納されている。
【０１４５】
次いで、ＣＰＵ６１はステップ８３０に進み、エンジン回転速度NE、及び図１３に示したテーブルMapqpccimaxから現時点でのＰＣＣＩ制御可能最大噴射量qpccimaxを求める。テーブルMapqpccimaxは、（機関１０が定常運転状態にある場合における）エンジン回転速度NEとＰＣＣＩ制御可能最大噴射量qpccimaxとの関係を規定するテーブルであり、ＲＯＭ６２内に格納されている。
【０１４６】
続いて、ＣＰＵ６１はステップ８３５に進み、ステップ８１０にて求めた要求燃料噴射量qfinが上記ＰＣＣＩ制御可能最大噴射量qpccimax以下であるか否かを判定し、「Ｙｅｓ」と判定する場合、ステップ８４０に進んで要求燃料噴射量qfinの全量の燃料をＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射量qpcciとして（仮）設定するとともに拡散燃焼用燃料噴射量qdiffを「０」に（仮）設定した後、本ルーチンを一旦終了する。
【０１４７】
一方、ＣＰＵ６１はステップ８３５にて「Ｎｏ」と判定する場合、ステップ８４５に進んで、上記ＰＣＣＩ制御可能最大噴射量qpccimaxをＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射量qpcciとして（仮）設定するとともに、要求燃料噴射量qfinからＰＣＣＩ制御可能最大噴射量qpccimaxを減じた値を拡散燃焼用燃料噴射量qdiffとして（仮）設定した後、本ルーチンを一旦終了する。これにより、ＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射量qpcciが上記ＰＣＣＩ制御可能最大噴射量qpccimaxよりも大きい値に設定されることが防止される。
【０１４８】
以降、ＣＰＵ６１は、次回の作動サイクルにおいて要求燃料噴射量qfinの計算時期が到来するまでの間、ステップ８００、８０５、８９５の処理を繰り返し実行する。このようにして、今回のＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射量qpcci、及び今回の拡散燃焼用燃料噴射量qdiffが圧縮下死点近傍にて（仮）決定される。
【０１４９】
<ＰＣＣＩ燃焼時における自着火開始時期の計算等>
また、ＣＰＵ６１は、図１４〜図１８に一連のフローチャートにより示したＰＣＣＩ燃焼時における自着火開始時期の計算等を行うためのルーチンを所定時間の経過毎に、且つ気筒毎に繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ６１はステップ１４００から処理を開始し、ステップ１４０５に進んで、今回の吸気弁Vinの閉弁時期（吸気弁Vinが開状態から閉状態に変化する時期。上記圧縮下死点近傍よりも後の時期。）が到来したか否かを判定し、「Ｎｏ」と判定する場合、ステップ１４９５に直ちに進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１５０】
いま、今回の吸気弁Vinの閉弁時期が到来したものとすると、ＣＰＵ６１はステップ１４０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１４１０に進んでクランクポジションセンサ７４により得られる現時点での実クランク角度CAactを圧縮開始時クランク角度CAinとして設定する。
【０１５１】
次に、ＣＰＵ６１はステップ１４１５に進んで、上記(5)式に基づいて吸気温度補正量ΔTinを求める。ここにおいて、前回の要求燃料噴射量qfinbとしては、前回の本ルーチン実行中において図１８のステップ１８７０にて格納された値が用いられ、NEb，Pexb，Texbとしては、前回の作動サイクルにおける排気行程中での所定時期で対応するセンサ７４，８３，８２から得られた値がそれぞれ用いられ、THWとしては現時点で水温センサ７８から得られた値が用いられる。
【０１５２】
次いで、ＣＰＵ６１はステップ１４２０に進み、現時点（即ち、圧縮開始時点）で吸気温センサ７２により得られた吸気温度Tbと、前記求めた吸気温度補正量ΔTinと、上記(4)式とに基づいて圧縮開始時筒内温度Tinを求める。
【０１５３】
続いて、ＣＰＵ６１はステップ１４２５に進んで、現時点（即ち、圧縮開始時点）で吸気管圧力センサ７３により得られた吸気管圧力Pbと、現時点での筒内容積Va(CAin)と、上記求めた圧縮開始時筒内温度Tinと、上記(3)式に相当するステップ１４２５内に記載の式とに基づいて筒内ガス質量M（＝圧縮開始時筒内ガス質量M0）を求める。
【０１５４】
次に、ＣＰＵ６１はステップ１４３０に進み、現時点（即ち、圧縮開始時点）で吸気酸素濃度センサ７７により得られた吸気酸素濃度RO2inと、前回の作動サイクルにおける排気行程中での所定時期で排気酸素濃度センサ８１より得られた排気酸素濃度RO2exbと、上記求めた圧縮開始時筒内温度Tinと、上記(8)式に相当する式と、に従って筒内ガスの（圧縮開始時の）定圧比熱Cpを求める。
【０１５５】
次いで、ＣＰＵ６１はステップ１４４０に進んで、上記求めた筒内ガス質量Mと、上記求めた定圧比熱Cpと、上記求めた圧縮開始時筒内温度Tinと、上記(1)式に相当する式と、に基づいて圧縮開始時の筒内ガスの熱エネルギーQinを求める。
【０１５６】
そして、ＣＰＵ６１はステップ１４４５に進み、ステップ１４２５にて使用した吸気管圧力Pbの値を筒内ガス圧力Pgとして設定し、続くステップ１４５０にて上記求めた圧縮開始時筒内温度Tinの値を筒内温度Tgとして設定し、続くステップ１４５５にて上記圧縮開始時クランク角度CAinの値をクランク角度CAとして設定し、続くステップ１４６０にて上記圧縮開始時の筒内ガスの熱エネルギーQinの値を筒内ガスの熱エネルギーQとして設定する。これにより、Pg，Tg，CA，Qにそれぞれ圧縮開始時の値（初期値）が設定される。
【０１５７】
次に、ＣＰＵ６１は図１５のステップ１５０５に進み、これ以降、第１モードにおける計算が開始される。先ず、ＣＰＵ６１はステップ１５０５にて上記(11)式に従って微小ピストン仕事ΔWpistonを求める。Pg，CAとしては最新値（この段階では、ステップ１４４５にて設定された値、及びステップ１４５５にて設定された値）がそれぞれ使用される。
【０１５８】
次いで、ＣＰＵ６１はステップ１５１０に進んで、上記(15)式に従って微小損失エネルギーΔWlossを求める。Tgとしては最新値（この段階では、ステップ１４５０にて設定された値）が使用される。また、NEとしては圧縮開始時の値が使用され、THWとしてはステップ１４１５にて使用した値（即ち、圧縮開始時の値）が使用される。
【０１５９】
続いて、ＣＰＵ６１はステップ１５１５に進んで、筒内ガスの熱エネルギーQの最新値（この段階では、Qin）にステップ１５０５にて求めた微小ピストン仕事ΔWpistonを加えた値からステップ１５１０にて求めた微小損失エネルギーΔWlossを減じた値を新たな筒内ガスの熱エネルギーQ（の最新値）として設定する。
【０１６０】
次に、ＣＰＵ６１はステップ１５２０に進み、先のステップ１４３０と同様、上記(8)式に従って、この段階での筒内ガスの定圧比熱Cpを求める。RO2in，RO2exbとしてはステップ１４３０にて使用された値がそれぞれ使用され、Tgとしては最新値（この段階では、ステップ１４５０にて設定された値）が使用される。
【０１６１】
次いで、ＣＰＵ６１はステップ１５３０に進み、ステップ１５１５にて求めた筒内ガスの熱エネルギーの最新値Qと、先のステップ１４２５にて求めた筒内ガス質量Mと、ステップ１５２５にて求めた定圧比熱Cpと、上記(2)式とに従って筒内温度Tgの最新値を求める。
【０１６２】
続いて、ＣＰＵ６１はステップ１５３５に進んで、クランク角度CAの最新値（この段階では、CAin）に微小クランク角度ΔCAを加えた値を新たなクランク角度CA（の最新値）として設定し、続くステップ１５４０にて、先のステップ１４２５にて求めた筒内ガス質量Mと、ステップ１５３０にて求めた筒内温度Tgの最新値と、クランク角度CAの最新値と、筒内ガスについての気体の状態方程式とに基づいて筒内ガス圧力Pgの最新値を求める。
【０１６３】
そして、ＣＰＵ６１はステップ１５４５に進み、ステップ１５３５にて求めたクランク角度CAの最新値が先の図８のステップ８１５にて設定されたＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射開始時クランク角度CAqpcciに一致したか否かを判定する。この段階ではクランク角度CAの最新値は(CAin＋ΔCA)であってCAqpcciに達していないから、ＣＰＵ６１はステップ１５４５にて「Ｎｏ」と判定して先のステップ１５０５に戻り、以降、ステップ１５０５〜１５４５までの処理を再び実行する。このとき、ステップ１５０５におけるPg，CAの最新値としてはステップ１５４０、ステップ１５３５にて更新されている値がそれぞれ使用され、ステップ１５１０、及びステップ１５２０におけるTgとしてはステップ１５３０にて更新されている値が使用される。
【０１６４】
即ち、ステップ１５０５〜１５４５までの処理は、ステップ１５３５の繰り返し実行によりクランク角度CAの最新値がＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射開始時クランク角度CAqpcciに達するまでの間、繰り返し実行される。この結果、ステップ１５３０の繰り返し実行により、今回の圧縮行程での第１モードにおける筒内温度Tgが微小クランク角度ΔCA毎にクランク角度CAに対応した形で予測されていく。
【０１６５】
そして、ステップ１５３５の繰り返し実行によりクランク角度CAの最新値がＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射開始時クランク角度CAqpcciに達すると、ＣＰＵ６１はステップ１５４５にて「Ｙｅｓ」と判定するようになり、図１６のステップ１６０５に進む。これにより、第１モードにおける計算が終了し、第２モードにおける計算が開始される。
【０１６６】
ＣＰＵ６１はステップ１６０５に進むと、上記(17)式に従ってＰＣＣＩ燃焼用燃料の噴射による潜熱ΔQlatentを求める。ＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射量qpcciとしては先の図８のステップ８４０、或いはステップ８４５にて設定された値が使用される。次に、ＣＰＵ６１はステップ１６１０に進んで、上記(18)式に従って燃料蒸気の熱エネルギーΔQqpcciを求める。qpcciとしてはステップ１６０５にて使用された値が使用され、Tcrとしては便宜上、圧縮開始時において燃料温度センサ７６により検出された値が使用される。そして、ＣＰＵ６１はステップ１６１５に進んで、筒内ガスの熱エネルギーQの最新値（この段階では、先のステップ１５１５にて更新されている値（第１モードにおける最終値））に上記燃料蒸気の熱エネルギーΔQqpcciを加えた値から上記潜熱ΔQlatentを減じた値を新たな筒内ガスの熱エネルギーQ（の最新値）として設定する。
【０１６７】
その後、ＣＰＵ６１はステップ１６２０〜ステップ１６５５までの処理を順に実行していく。係るステップ１６２０〜ステップ１６５５までの処理は、先の図１５のステップ１５０５〜ステップ１５４０までの処理に対応しているからこれらの詳細な説明は省略する。この段階では、ステップ１６２０におけるPg，CAの最新値としてはステップ１５４０、ステップ１５３５にて更新されている値がそれぞれ使用され、ステップ１６２５、及びステップ１６３５におけるTgとしてはステップ１５３０にて更新されている値が使用される。また、ステップ１５２０に対応するステップ１６３５では、上記(8)式の代わりに上記(7)式が使用され、ステップ１５３０、及びステップ１５４０にそれぞれ対応するステップ１６４５、及びステップ１６５５では、筒内ガス質量M(＝M0)の代わりに(M＋qpcci・ρf)が使用される。
【０１６８】
そして、ＣＰＵ６１はステップ１６６０に進み、ステップ１６４５にて求めた筒内温度Tgの最新値が前記冷炎開始温度Tcool以上であるか否かを判定する。この段階では筒内温度Tgの最新値は冷炎開始温度Tcool未満であるから、ＣＰＵ６１はステップ１６６０にて「Ｎｏ」と判定して先のステップ１６２０に戻り、以降、ステップ１６２０〜１６５５までの処理を再び実行する。このとき、ステップ１６２０におけるPg，CAの最新値としてはステップ１６５５、ステップ１６５０にて更新されている値がそれぞれ使用され、ステップ１６２５、及びステップ１６３５におけるTgとしてはステップ１６４５にて更新されている値が使用される。
【０１６９】
即ち、ステップ１６２０〜１６５５までの処理は、ステップ１６４５の繰り返し実行により筒内温度Tgの最新値が冷炎開始温度Tcool以上になるまでの間、繰り返し実行される。この結果、ステップ１６４５の繰り返し実行により、今回の圧縮行程での第２モードにおける筒内温度Tgが微小クランク角度ΔCA毎にクランク角度CAに対応した形で予測されていく。
【０１７０】
そして、ステップ１６４５にて繰り返し更新されてきた筒内温度Tgの最新値が冷炎開始温度Tcool以上になると、ＣＰＵ６１はステップ１６６０にて「Ｙｅｓ」と判定するようになり、この段階でのクランク角度CAを冷炎開始時クランク角度CAcoolとして格納した後、図１７のステップ１７０５に進む。これにより、第２モードにおける計算が終了し、第３モードにおける計算が開始される。
【０１７１】
ＣＰＵ６１はステップ１７０５に進むと、冷炎開始時点での筒内ガス質量(M＋qpcci・ρf)を冷炎開始時点での筒内容積Va(CAcool)で除した値を冷炎開始時筒内ガス密度ρcoolとして設定し、続くステップ１７１０にて上記(19)式に従って冷炎発熱量ΔQltoを求める。qpcciとしては、先のステップ１６０５にて使用された値が使用され、RO2inとしては、先のステップ１５２０にて使用された値が使用される。
【０１７２】
そして、ＣＰＵ６１はステップ１７１５に進んで、筒内ガスの熱エネルギーQの最新値（この段階では、先のステップ１６３０にて更新されている値（第２モードにおける最終値））に上記冷炎発熱量ΔQltoを加えた値を新たな筒内ガスの熱エネルギーQ（の最新値）として設定する。
【０１７３】
その後、ＣＰＵ６１はステップ１７２０〜ステップ１７５５までの処理を順に実行していく。係るステップ１７２０〜ステップ１７５５までの処理は、先の図１６のステップ１６２０〜ステップ１６５５までの処理に対応しているからこれらの詳細な説明は省略する。この段階では、ステップ１７２０におけるPg，CAの最新値としてはステップ１６５５、ステップ１６５０にて更新されている値がそれぞれ使用され、ステップ１７２５、及びステップ１７３５におけるTgとしてはステップ１６４５にて更新されている値が使用される。
【０１７４】
そして、ＣＰＵ６１はステップ１７６０に進み、ステップ１７４５にて求めた筒内温度Tgの最新値が前記自着火開始温度Tig以上であるか否かを判定する。この段階では筒内温度Tgの最新値は自着火開始温度Tig未満であるから、ＣＰＵ６１はステップ１７６０にて「Ｎｏ」と判定して先のステップ１７２０に戻り、以降、ステップ１７２０〜１７５５までの処理を再び実行する。このとき、ステップ１７２０におけるPg，CAの最新値としてはステップ１７５５、ステップ１７５０にて更新されている値がそれぞれ使用され、ステップ１７２５、及びステップ１７３５におけるTgとしてはステップ１７４５にて更新されている値が使用される。
【０１７５】
即ち、ステップ１７２０〜１７５５までの処理は、ステップ１７４５の繰り返し実行により筒内温度Tgの最新値が自着火開始温度Tig以上になるまでの間、繰り返し実行される。この結果、ステップ１７４５の繰り返し実行により、今回の圧縮行程での第３モードにおける筒内温度Tgが微小クランク角度ΔCA毎にクランク角度CAに対応した形で予測されていく。
【０１７６】
そして、ステップ１７４５にて繰り返し更新されてきた筒内温度Tgの最新値が自着火開始温度Tig以上になると、ＣＰＵ６１はステップ１７６０にて「Ｙｅｓ」と判定するようになり、この段階でのクランク角度CAを自着火開始時クランク角度CAigとして格納した後、図１８のステップ１８０５に進む。これにより、第４モードにおける計算、及び自着火開始時期の計算が終了し、ＰＣＣＩ制御可否判定が実行される。
【０１７７】
ＣＰＵ６１はステップ１８０５に進むと、エアフローメータ７１により検出される吸入空気流量Gaを所定の一次遅れ処理した値と、先のステップ８４０、若しくはステップ８４５にて決定したＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射量qpcciと、上記(20)式とに基づいて筒内ガスの当量比φを求める。
【０１７８】
次に、ＣＰＵ６１はステップ１８１０に進み、上記現時点でのエンジン回転速度NEと、上記ＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射量qpcciの組み合わせからマップMapjudgeを選択し、続くステップ１８１５にて機関１０が過渡運転状態にあるか否かを判定する。係る判定は、具体的には、現時点から所定時間前の時点から現時点までの間におけるアクセル開度Accp、及びエンジン回転速度NEの最大値と最小値の差（ピーク・トゥ・ピーク）がそれぞれ所定値以下であるか否かにより行われる。
【０１７９】
そして、上記ピーク・トゥ・ピークの少なくとも１つが上記所定値を超えている場合、ＣＰＵ６１はステップ１８１５にて「Ｙｅｓ」と判定して（即ち、機関１０が過渡運転状態にあると判定して）ステップ１８２０に進み、現時点（即ち、圧縮開始時）での吸気酸素濃度RO2inと筒内ガス質量Mの組み合わせから上記選択したマップMapjudgeを補正した後ステップ１８２５に進む。一方、上記ピーク・トゥ・ピークが共に上記所定値以下である場合、ＣＰＵ６１はステップ１８１５にて「Ｎｏ」と判定して（即ち、機関１０が定常運転状態にあると判定して）ステップ１８２５に直ちに進む。従って、上記選択したマップMapjudgeの補正が実行されない。
【０１８０】
ＣＰＵ６１はステップ１８２５に進むと、ステップ１８０５にて求めた当量比φと、先のステップ１７６５にて格納されている自着火開始時クランク角度CAigと、上記選択されたマップMapjudgeとに基づいて変数ＸＨＡＮの値を選択する。変数ＸＨＡＮの値は、図７に示すように、上記当量比φと自着火開始時クランク角度CAigとの関係が、ノイズ大領域に対応する場合に「１」に設定され、失火領域に対応する場合に「２」に設定され、ＰＣＣＩ制御可能領域に対応する場合に「３」に設定される。
【０１８１】
続いて、ＣＰＵ６１はステップ１８３０にて変数ＸＨＡＮの値が「１」になっているか否かを判定し、「Ｙｅｓ」と判定する場合（即ち、ノイズ大と判定する場合）、ステップ１８３５に進み、φとCAigとMapjudgeとから図７の「φ2/φ1」に相当する分割割合Ratioqpcciを計算し、続くステップ１８４０にて、先のステップ８１０にて決定されている要求燃料噴射量qfinと、上記分割割合Ratioqpcciと、上記(21)式、及び上記(22)式に従って、ＰＣＣＩ燃焼用指令最終燃料噴射量qfinpcciと拡散燃焼用指令最終燃料噴射量qfindiffとをそれぞれ求めるとともに、続くステップ１８４５にてＥＧＲ制御弁５２を現時点での状態から所定量だけ開くとともに、ターボチャージャ絞り弁３５ｃを現時点での状態から所定量だけ閉じた後、ステップ１８７０に進む。
【０１８２】
一方、ステップ１８３０にて「Ｎｏ」と判定する場合、ＣＰＵ６１はステップ１８５０に進み、ステップ１８５０にて変数ＸＨＡＮの値が「２」になっているか否かを判定する。そして、ＣＰＵ６１はステップ１８５０にて「Ｙｅｓ」と判定する場合（即ち、失火と判定する場合）、ステップ１８５５に進み、ＰＣＣＩ燃焼用指令最終燃料噴射量qfinpcciを「０」に設定するとともに、拡散燃焼用指令最終燃料噴射量qfindiffを先のステップ８１０にて決定されている要求燃料噴射量qfinの値にそれぞれ設定するとともに、続くステップ１８６０にてＥＧＲ制御弁５２を現時点での状態から所定量だけ閉じるとともに、ターボチャージャ絞り弁３５ｃを現時点での状態から所定量だけ開いた後、ステップ１８７０に進む。
【０１８３】
他方、ステップ１８５０にて「Ｎｏ」と判定する場合（即ち、ＰＣＣＩ制御可能と判定する場合）、ＣＰＵ６１はステップ１８６５に進み、先のステップ８４０、或いはステップ８４５にてそれぞれ決定されているＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射量qpcciの値、及び拡散燃焼用燃料噴射量qdiffの値をそれぞれそのまま、ＰＣＣＩ燃焼用指令最終燃料噴射量qfinpcci、及び拡散燃焼用指令最終燃料噴射量qfindiffとして設定した後、ＥＧＲ制御弁５２、及びターボチャージャ絞り弁３５ｃを現時点での状態に維持したままステップ１８７０に進む。
【０１８４】
そして、ステップ１８７０に進むと、先のステップ８１０にて決定されている今回の要求燃料噴射量qfinの値を前回の要求燃料噴射量qfinbとして格納した後、ステップ１４９５に進んで図１４〜図１８に示した一連の本ルーチンを一旦終了する。ここで格納された値は、次回の本ルーチン実行時におけるステップ１４１５の処理において使用される。以降、ＣＰＵ６１は、次回の吸気弁Vin閉弁時までの間、図１４のステップ１４０５に進んだとき「Ｎｏ」と判定してステップ１４９５に直ちに進んで本ルーチンを一旦終了するようになる。このようにして、ＰＣＣＩ燃焼時における自着火開始時期（CAig）の計算、ＰＣＣＩ制御の可否判定、及び燃料噴射形態の選択が、圧縮開始時(CAin)の直後（遅くとも、ＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射開始時(CAqpcci)よりも前にて）完了する。
【０１８５】
（燃料噴射制御）
更に、ＣＰＵ６１は、図１９にフローチャートにより示した燃料噴射制御を行うためのルーチンを所定時間の経過毎に、且つ気筒毎に繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ６１はステップ１９００から処理を開始し、ステップ１９０５に進んで、クランクポジションセンサ７４により検出される実クランク角度CAactが先のステップ８１５にて決定されているＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射時クランク角度CAqpcciに一致したか否かを判定する。
【０１８６】
いま、先のステップ１８３０〜１８６５までの処理が実行された直後であるものとすると、実クランク角度CAactがCAqpcciに達していないから、ＣＰＵ６１はステップ１９０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１９１０に進んで実クランク角度CAactが先のステップ８２０にて決定されている拡散燃焼用燃料噴射時クランク角度CAqdiffに一致したか否かを判定するとともに、同ステップ１９１０でも「Ｎｏ」としてステップ１９９５に直ちに進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１８７】
以降、ＣＰＵ６１は実クランク角度CAactがCAqpcciに達するまでの間、ステップ１９００、１９０５、１９１０の処理を繰り返し実行する。そして、実クランク角度CAactがCAqpcciに達すると、ＣＰＵ６１はステップ１９０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１９１５に進み、先のステップ１８４０、１８５５、及び１８６５の何れかにおいて設定されているＰＣＣＩ燃焼用指令最終燃料噴射量qfinpcciだけ燃料を噴射する指示を対応する燃料噴射弁２１に対して行う。
【０１８８】
以降、ＣＰＵ６１は実クランク角度CAactがCAqdiffに達するまでの間、ステップ１９００、１９０５、１９１０の処理を繰り返し実行する。そして、実クランク角度CAactがCAqdiffに達すると、ＣＰＵ６１はステップ１９１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１９２０に進み、先のステップ１８４０、１８５５、及び１８６５の何れかにおいて設定されている拡散燃焼用指令最終燃料噴射量qfindiffだけ燃料を噴射する指示を対応する燃料噴射弁２１に対して行う。
【０１８９】
なお、ステップ１９１５、或いはステップ１９２０において、噴射すべき量が「０」に設定されている場合、燃料噴射指示は実行されない。以上により、上記選択された燃料噴射形態に対応する燃料噴射制御が今回の作動サイクルにて直ちに実行される。
【０１９０】
以上、説明したように、本発明による内燃機関の混合気着火時期推定装置を含んだ制御装置の実施形態によれば、圧縮開始時（CAin）における筒内ガスの状態量（圧縮開始時筒内ガスの熱エネルギーQin）と、圧縮行程における圧縮による筒内ガスの状態量の変化量（微小ピストン仕事ΔWpiston）と、ＰＣＣＩ燃焼時において自着火（熱炎）に先立って発生する冷炎による発熱量（冷炎発熱量ΔQlto）と、が少なくとも考慮されて、ＰＣＣＩ燃焼用の予混合気の温度（筒内温度Tg）をクランク角度CAに対応する形で推定していき、筒内温度Tgが所定の自着火開始温度Tigに達した時点をＰＣＣＩ燃焼に係わる自着火開始時期（CAig）として推定する。従って、冷炎発熱量ΔQltoが考慮されるから、ＰＣＣＩ燃焼に係わる自着火開始時期を精度良く推定することができる。
【０１９１】
また、今回の作動サイクルにおける自着火開始時期（CAig）の推定が圧縮開始時（CAin）直後に完了するから、係る推定結果に基づいて今回の作動サイクルにおける最も適切な燃料噴射形態（ＰＣＣＩ燃焼用指令最終燃料噴射量qfinpcciと拡散燃焼用指令最終燃料噴射量qfindiffの割合）が直ちに決定・実行され得る。従って、ノイズ大、或いは失火の発生等の事態を発生させることなく、ＰＣＣＩ燃焼によるＮＯｘ、及びＰＭの発生量の低減効果を最大限に発揮せしめることができる。
【０１９２】
（第１変形例）
次に、上記実施形態の第１変形例に係る内燃機関の混合気着火時期推定装置を含んだ制御装置について説明する。この第１変形例は、冷炎開始時期（CAcool）における予混合気の燃料濃度の不均一度を更に考慮して、筒内温度Tg（従って、自着火開始時クランク角度CAig）の推定を行うとともに、同不均一度を更に考慮して、上記推定した自着火開始時クランク角度CAigがＰＣＣＩ制御可能範囲内にあるか否かの判定（従って、燃料噴射形態の選択）を実行するものである。
【０１９３】
先に説明したように、実際には不均一に分散している予混合気について冷炎が発生した後の温度（冷炎による火炎温度）はその燃料濃度が高い領域ほど高くなるから、冷炎開始時期（CAcool）における予混合気の（燃料濃度の）不均一度が大きいほど冷炎発生後の（即ち、第３モードにおける）予混合気の温度分布における最高温度が高くなる。
【０１９４】
他方、予混合気の自着火は、実際には、同予混合気の温度分布における最高温度が上記自着火開始温度Tigに達した時点で開始されると考えられる。よって、予混合気の自着火開始時期（CAig）は、冷炎開始時期（CAcool）における予混合気の不均一度が大きいほど早くなる傾向がある。
【０１９５】
また、冷炎開始時期（CAcool）における予混合気の不均一度は、ＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射開始時期（CAqpcci）から冷炎開始時期（CAcool）までの経過時間、有効噴射圧力ΔPcr（ＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射圧力Pcrと同噴射時筒内ガス圧力Pgの差）、スワール流速（即ち、スワール比Ratioswlにエンジン回転速度NEを乗じた値）、及び燃料性状（本例では、燃料密度ρf）に応じて大きく変化すると考えられるから、これらの各値を引数とする上記不均一度を求めるためのマップを予め作製することができる。本第１変形例に係る装置は、係るマップを予めＲＯＭ６２に記憶している。
【０１９６】
以上のことから、本第１変形例に係る制御装置は、図１４〜図１８に示したルーチン実行時において、上記各引数と、上記マップとに基づいて冷炎開始時期における予混合気の不均一度を求め、同求めた不均一度に応じて第３モードにおける筒内温度Tgの推定値（具体的には、ステップ１７４５にて計算されていく値）を高めに補正する。このとき、前記求めた不均一度が大きいほど補正量がより大きい値に設定される。
【０１９７】
この結果、冷炎開始後において（第３モードにおいて）予混合気の温度分布における最高温度が同予混合気の温度（従って、筒内温度Tg）として推定されるようになるから、予混合気自着火開始時期（CAig）がより一層正確に推定され得る。
【０１９８】
また、上記実施形態では、推定された自着火開始時クランク角度CAigと、予混合気の当量比φと、上記マップMapjudgeと、から同CAigがＰＣＣＩ制御可能範囲内にあるか否かの判定が実行される場合（従って、燃料噴射形態が選択される場合）、同予混合気の当量比φとして、同予混合気が燃焼室内において均一に分布しているとの仮定のもとで上記(20)式に従って求められる値が使用されている。
【０１９９】
しかしながら、ＰＣＣＩ制御可能範囲を決定する当量比φの値は、実際には、燃焼室内において不均一に分散している予混合気の当量比φの分布における最大値であると考えられ、且つ、係る当量比φの最大値は冷炎開始時期（CAcool）における予混合気の不均一度に依存する。
【０２００】
以上のことから、本第１変形例に係る制御装置は、更に、図１４〜図１８に示したルーチン実行時において、上記求めた冷炎開始時期における予混合気の不均一度に応じてステップ１８０５にて計算される予混合気の当量比φを大きめに補正する。このとき、前記求めた不均一度が大きいほど補正量がより大きい値に設定される。この結果、実際には不均一に分布する予混合気の当量比φの分布における最大値に基づいて上記判定（従って、燃料噴射形態の選択）が実行されるから、今回の作動サイクルにおける燃料噴射形態をより適切に制御することが可能となる。
【０２０１】
（第２変形例）
次に、上記実施形態の第２変形例に係る内燃機関の混合気着火時期推定装置を含んだ制御装置について説明する。この第２変形例は、更に、冷炎発熱量ΔQltoの学習を実行するものである。
【０２０２】
図２０は、圧縮行程（、及び膨張行程）における筒内ガスの圧力Pgと容積Vaの積（ＰＶ値）の変化を示した図である。図２０において、破線は、冷炎、及び自着火（熱炎）が発生せずに筒内ガスが断熱変化すると仮定した場合におけるＰＶ値の変化を示していて、実線は、冷炎、及び自着火（熱炎）が実際に発生する場合におけるＰＶ値の変化を示している。
【０２０３】
図２０に示すように、冷炎開始時期（CAcool）以降、冷炎発熱量ΔQltoに相当する分だけＰＶ値は増加する。換言すれば、実際の冷炎開始時期以降の所定時期における実線に示す値と破線に示す値との差（図２０におけるΔＰＶ）は冷炎発熱量ΔQltoを精度良く表す値となり得る。従って、上記ΔＰＶ値を計算することで冷炎発熱量ΔQltoを精度良く検出することができる。
【０２０４】
一方、上記実施形態では、冷炎発熱量ΔQltoは、ＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射量qpcci、同燃料の性状（セタン価CN）、吸気酸素濃度RO2in、及び冷炎開始時期における筒内ガス密度ρcoolを引数とするテーブルMapΔQltoに基づいて上記(19)式に従って推定される。係る引数において、燃料のセタン価CNは、燃焼室内の圧力を検出する筒内圧力センサの出力値からアイドリング時における着火遅れ時間（燃料噴射開始時点から着火開始までの時間）を検出すること等により正確に検出され得る。また、実際に燃料噴射弁２１から噴射されるＰＣＣＩ燃焼用燃料の噴射量は指令値（従って、上記ＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射量qpcci）と等しいと考えられる。従って、燃料のセタン価CNとＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射量qpcciについての引数は正確な値となり得る。一方、吸気酸素濃度RO2in、及び筒内ガス密度ρcoolについての引数には誤差が発生する可能性がある。
【０２０５】
以上より、冷炎発熱量ΔQltoの上記推定値において、図２０に示したΔＰＶ値に基づいて検出された検出値に対して誤差が発生する場合、係る誤差は引数として使用される吸気酸素濃度RO2in、及び筒内ガス密度ρcoolの各値の誤差に起因するものと考えることができる。
【０２０６】
そこで、本第２変形例に係る制御装置は、各燃焼室内の圧力（実筒内ガス圧力Pgact）を検出する筒内圧力センサを気筒毎に備える。また、本第２変形例に係る制御装置は、所定の条件が成立する毎に、筒内圧力センサの出力値に基づいて検出される圧縮行程における実筒内ガス圧力Pgactと筒内容積Va(CAact)の積である実ＰＶ値を実クランク角度CAactに対応した形で計算していく。そして、本第２変形例に係る制御装置は、実際の冷炎開始時期以降の所定時期における実ＰＶ値と、圧縮行程において筒内ガスが断熱変化するとの仮定のもとで計算される同所定時期における断熱ＰＶ値との差ΔＰＶを求め、同ΔＰＶに従って、今回の冷炎発熱量ΔQltoの検出値を求める。
【０２０７】
続いて、本第２変形例に係る制御装置は、上記冷炎発熱量ΔQltoの検出値と図１７のステップ１７１０にて既に求めている今回の冷炎発熱量ΔQltoの推定値との差を求め、同差に基づいて、吸気酸素濃度RO2in、及び筒内ガス密度ρcoolの各々の補正係数Kr，Kρを求める。吸気酸素濃度RO2inと筒内ガス密度ρcoolの補正割合は機関１０の運転状態に応じて決定される。
【０２０８】
そして、本第２変形例に係る制御装置は、次回以降の作動サイクルにおいて、吸気酸素濃度センサ７７により検出された吸気酸素濃度RO2inの値に上記補正係数Krを乗じることで吸気酸素濃度RO2inの値を補正するとともに、ステップ１７０５にて求めた筒内ガス密度ρcoolの値に上記補正係数Kρを乗じることで筒内ガス密度ρcoolの値を補正する。この結果、冷炎発熱量ΔQltoを推定するための引数として使用される吸気酸素濃度RO2in、及び筒内ガス密度ρcoolの各値が上記冷炎発熱量ΔQltoの検出値に基づいて学習されるから、ＰＣＣＩ燃焼に係わる予混合気の自着火開始時期（CAig）がより一層精度良く推定され得る。
【０２０９】
また、図２１は、圧縮行程（、及び膨張行程）における筒内ガスの圧力Pgと、容積Vaを比熱比κ乗した値、との積（ＰＶκ値）の変化を示した図である。図２０において、破線は、冷炎、及び自着火（熱炎）が発生せずに筒内ガスが断熱変化すると仮定した場合におけるＰＶκ値の変化を示していて、実線は、冷炎、及び自着火（熱炎）が実際に発生する場合におけるＰＶκ値の変化を示している。
【０２１０】
図２１に示すように、冷炎開始時期（CAcool）以降、冷炎発熱量ΔQltoに相当する分だけＰＶκ値は増加する。換言すれば、実際の冷炎開始時期以降の所定時期における実線に示す値と破線に示す値との差（図２１におけるΔＰＶκ）は冷炎発熱量ΔQltoを精度良く表す値となり得る。以上のことから、上記ΔＰＶ値に代えてΔＰＶκ値に基づいて吸気酸素濃度RO2in、及び筒内ガス密度ρcoolを学習するように構成してもよい。
【０２１１】
また、吸気酸素濃度は、ＰＣＣＩ燃焼に係る予混合気の冷炎開始時期から熱炎終了時期までの期間（以下、「燃焼期間」と称呼する。）と強い相関があり、吸気酸素濃度が大きいほど、燃焼速度が速くなることに起因して燃焼期間が短くなるという関係がある。従って、燃焼期間を検出できれば吸気酸素濃度を精度良く検出することができる。
【０２１２】
一方、燃焼期間は、先に説明した図２０と同様、圧縮行程（、及び膨張行程）におけるＰＶ値の変化を示した図２２に示すように、上記実ＰＶ値と上記断熱ＰＶ値との差が所定の微小値以上となった時期を冷炎開始時期とし、上記実ＰＶ値がピークとなる時期を熱炎終了時期とすることにより、精度良く検出することができる。これは、実ＰＶ値がピークとなる時期が実際に熱炎が終了する時期に略相当するという実験結果等に基づく。
【０２１３】
以上のことから、上記手法により燃焼期間を求め、同求めた燃焼期間に基づいて吸気酸素濃度を精度良く求めるとともに、同求めた吸気酸素濃度と吸気酸素濃度センサ７７により検出される吸気酸素濃度RO2inとの差に基づいて上記補正係数Kr（従って、補正係数Kρ）を求めるように構成してもよい。
【０２１４】
なお、圧縮行程（、及び膨張行程）における筒内ガスの圧力Pgと、容積Vaを比熱比κ乗した値、との積（ＰＶκ値、図２１を参照。）をクランク角度CAで微分した値(ＰＶκ/dCA)の変化を示した図２３に示すように、圧縮行程において値(ＰＶκ/dCA)が初めに所定値未満から同所定値以上となる時期を冷炎開始時期とし、圧縮行程において値(ＰＶκ/dCA)が２回目に同所定値以上から同所定値未満となる時期を熱炎終了時期とすることによっても、燃焼期間を精度良く求めることができる。
【０２１５】
（第３変形例）
次に、上記実施形態の第３変形例に係る内燃機関の混合気着火時期推定装置を含んだ制御装置について説明する。この第３変形例も、上記第２変形例と同様に、冷炎発熱量ΔQltoの学習を実行するものである。
【０２１６】
本第３変形例に係る制御装置も、各燃焼室内の圧力（実筒内ガス圧力Pgact）を検出する筒内圧力センサを気筒毎に備える。そして、所定の条件が成立する毎に、実筒内ガス圧力Pgactの変化に基づいて今回の実際の自着火開始時期CAigactを検出する。続いて、本第３変形例に係る制御装置は、上記実際の自着火開始時期CAigactと図１７のステップ１７６５にて既に求めている今回の自着火開始時期CAigの推定値との差を求めるとともに、この差は冷炎発熱量ΔQltoの推定誤差に起因するとの仮定のもと、同差に基づいて冷炎発熱量ΔQltoの補正係数Kqを求める。
【０２１７】
そして、本第３変形例に係る制御装置は、次回以降の作動サイクルにおいて、図１７のステップ１７１０にて計算された冷炎発熱量ΔQltoの推定値に上記補正係数Kqを乗じることで冷炎発熱量ΔQltoの推定値を補正する。この結果、冷炎発熱量ΔQltoの推定値が上記実際の自着火開始時期CAigactに基づいて学習されるから、ＰＣＣＩ燃焼に係わる予混合気の自着火開始時期（CAig）がより一層精度良く推定され得る。
【０２１８】
なお、上記第３変形例においては、上記実際の自着火開始時期CAigactに基づいて冷炎発熱量ΔQltoの推定値が補正・学習されているが、上記今回の実際の自着火開始時期CAigactと図１７のステップ１７６５にて既に求めている今回の自着火開始時期CAigの推定値との差は自着火開始温度Tigの設定誤差に起因するとの仮定のもと、同差に基づいて自着火開始温度Tigを補正・学習するように構成してもよい。
【０２１９】
（第４変形例）
次に、上記実施形態の第４変形例に係る内燃機関の混合気着火時期推定装置を含んだ制御装置について説明する。この第４変形例は、ＰＣＣＩ燃焼用に噴射された燃料が冷炎開始時期（CAcool）において燃焼室の内壁面に付着する量を更に考慮して、冷炎発熱量ΔQltoの推定を行うものである。
【０２２０】
先に述べたように、ＰＣＣＩ燃焼用に圧縮上死点近傍よりも早期に噴射された燃料のうち冷炎開始時期（CAcool）において燃焼室内壁面に付着している燃料は、冷炎による発熱に寄与し得ないと考えられる。これに対し、上記実施形態ではＰＣＣＩ燃焼用に噴射された燃料の総てが冷炎による発熱に寄与するとの仮定のもと冷炎発熱量ΔQtloを推定しているから、同冷炎発熱量ΔQltoの推定値は、実際の冷炎開始時期において燃焼室内壁面に付着している燃料量に応じた分だけ実際値よりも大きめに計算される。
【０２２１】
そうすると、自着火開始時クランク角度CAigが上記付着量に応じた分だけ実際の自着火時期よりも早めの時期に推定されることになる。これにより、例えば、図２４に示すように、推定された自着火開始時クランク角度CAigが、黒い星印に示したようにノイズ大領域に対応する値となっているにも係わらず実際にはＰＣＣＩ制御可能領域に対応する値になっている場合があり、この結果、燃料噴射形態の選択を誤ることになる場合がある。
【０２２２】
他方、冷炎開始時期において燃焼室内壁面に付着している燃料量（付着量）は、ＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射量qpcciそのものに応じて増加するとともに、同燃料噴射開始時点（CAqpcci）での筒内ガス密度ρg、及び前記有効噴射圧力ΔPcrに大きく影響されると考えられる。
【０２２３】
以上のことから、本第４変形例に係る制御装置は、図１４〜図１８に示したルーチン実行時において、ＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射量qpcciと、qpcciと付着係数Ka（0≦Ka＜1）との関係を規定した図２５に示したテーブルとから付着係数Kaを求める。また、本第４変形例に係る制御装置は、ＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射開始時点（CAqpcci）での筒内ガス密度ρgと、前記有効噴射圧力ΔPcrと、ρg及びΔPcrと付着係数Kb（0≦Kb＜1）との関係を規定した図２６に示したテーブルとから付着係数Kbを求める。
【０２２４】
そして、本第４変形例に係る制御装置は、ＰＣＣＩ燃焼用に噴射される燃料の全量qpcciのうち冷炎開始時期において燃焼室内壁面に付着していない燃料量の割合は、同噴射される燃料の全量が冷炎による発熱に寄与すると仮定して推定された上記冷炎発熱量ΔQltoに対する実際の冷炎発熱量の割合に等しいとの仮定に基づき、図１７のステップ１７１０にて求めた冷炎発熱量ΔQltoに値(1−Ka)と値(1−kb)とを乗じることで冷炎発熱量ΔQltoを補正する。これにより、上記付着量が考慮されて冷炎発熱量がより一層正確に推定でき、この結果、予混合気自着火開始時期がより一層正確に推定され得る。
【０２２５】
（第５変形例）
次に、上記実施形態の第５変形例に係る内燃機関の混合気着火時期推定装置を含んだ制御装置について説明する。この第５変形例は、冷炎開始時期（CAcool）において予混合気が燃焼室の内壁面近傍まで分散する程度を更に考慮して、冷炎発熱量ΔQltoの推定を行うものである。
【０２２６】
図２７は、或る所定条件下における、ＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射開始時期と、冷炎反応及び熱炎反応の開始時期との関係についての実験結果の一例を示したグラフである。図２７から理解できるように、冷炎開始時期はＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射時期の影響をあまり受けない一方、熱炎開始時期（即ち、自着火開始時期）はＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射時期が遅くなるほど早くなるという傾向がある。換言すれば、ＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射開始時期（CApcci）から冷炎開始時期（CAcool）までの経過時間ΔTdelayが長くなるほど自着火開始時期が遅くなる。
【０２２７】
この結果は、上述した燃焼室内壁面に付着している燃料と同様、燃焼室内の予混合気のうち冷炎開始時期において燃焼室内壁面近傍にて分散している予混合気が冷炎による発熱に寄与し得ないことに基づく、と考えることができる。即ち、上記経過時間ΔTdelayが長くなるほど、予混合気が冷炎開始時期において燃焼室の内壁面近傍まで分散する程度が大きくなって冷炎による発熱に寄与する予混合気の量が減少する。また、このように、予混合気が燃焼室の内壁面近傍まで分散する程度の増大により冷炎による発熱に寄与する予混合気量が減少する程度は、ＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射量qpcciが少ないほど顕著になるものと考えることができる。
【０２２８】
以上のことから、本第５変形例に係る制御装置は、図１４〜図１８に示したルーチン実行時において、ＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射量qpcciと、上記経過時間ΔTdelayと、qpcci及びΔTdelayと補正係数Kc（0＜Kc≦1）との関係を規定した図２８に示したテーブルとから補正係数Kcを求める。そして、本第５変形例に係る制御装置は、図１７のステップ１７１０にて求めた冷炎発熱量ΔQltoに上記補正係数Kcを乗じることで冷炎発熱量ΔQltoを補正する。これにより、冷炎開始時期において予混合気が燃焼室の内壁面近傍まで分散する程度が更に考慮されて冷炎発熱量がより一層正確に推定でき、この結果、予混合気自着火開始時期がより一層正確に推定され得る。
【０２２９】
ところで、上述のように、上記経過時間ΔTdelayが長くなるほど冷炎発熱量が小さくなって予混合気の自着火開始時期が遅くなる傾向がある。換言すれば、上記経過時間ΔTdelayを調整すれば、冷炎発熱量（従って、予混合気の自着火開始時期）を調整することができることになる。他方、一般に、上記経過時間ΔTdelayは、図２７に示した実験結果から容易に理解できるように、ＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射開始時期（CAqpcci）が早くなるほど長くなる傾向があるから、ＰＣＣＩ燃焼用燃料の噴射開始時期を調整すれば上記経過時間ΔTdelayを調整することができる。
【０２３０】
以上のことから、推定された今回の作動サイクルにおける自着火開始時クランク角度CAigがＰＣＣＩ制御可能範囲から外れていると判定される場合であっても、今回の作動サイクルにおけるＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射時期（CAqpcci）を調整することで今回の作動サイクルにおける上記経過時間ΔTdelayを調整すれば、今回の作動サイクルにおける実際の自着火開始時期を同ＰＣＣＩ制御可能範囲内に制御することが可能となる場合がある。
【０２３１】
より具体的に述べると、図２８のテーブルと同一のテーブルを示した図２９から理解できるように、先ず、経過時間ΔTdelayとＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射量qpcciとの関係がケース１に示す関係にある場合（qpcciが所定値以上である場合）、冷炎発熱量ΔQltoを補正する補正係数Kcは常に「１」となって冷炎発熱量ΔQltoを変更することができない。これは、ＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射時期を調整しても自着火開始時期を調整できないことを意味する。
【０２３２】
次に、経過時間ΔTdelayとＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射量qpcciとの関係がケース２に示す関係にある場合（qpcciが所定値未満であって、且つ、ΔTdelayが第１所定値以下である場合）、ΔTdelayを大きくすれば補正係数Kcを「１」から減少せしめることができる。これは、ＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射開始時クランク角度CAqpcciを図８のステップ８１５にて決定される値よりも進角方向に補正すれば自着火開始時期を遅くする方向に調整できることを意味する。換言すれば、この場合、「ノイズ大」であると判定されているとき（ステップ１８２５にてＸＨＡＮ＝１となっているとき）において、CAqpcciをステップ８１５にて決定される値よりも進角方向に補正すれば、実際の自着火開始時期をＰＣＣＩ制御可能範囲内に制御することができる場合があることを意味する。
【０２３３】
次に、経過時間ΔTdelayとＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射量qpcciとの関係がケース３に示す関係にある場合（qpcciが所定値未満であって、且つ、ΔTdelayが上記第１所定値より大きく且つ第２所定値以下である場合）、ΔTdelayを大きくすれば補正係数Kcを減少せしめることができ、一方、ΔTdelayを小さくすれば補正係数Kcを増大せしめることができる。これは、ＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射開始時クランク角度CAqpcciを図８のステップ８１５にて決定される値よりも進角方向に補正すれば自着火開始時期を遅くする方向に調整でき、CAqpcciを図８のステップ８１５にて決定される値よりも遅角方向に補正すれば自着火開始時期を早くする方向に調整できることを意味する。換言すれば、この場合、「ノイズ大」であると判定されているとき（ステップ１８２５にてＸＨＡＮ＝１となっているとき）において、CAqpcciをステップ８１５にて決定される値よりも進角方向に補正すれば、実際の自着火開始時期をＰＣＣＩ制御可能範囲内に制御することができる場合があり、一方、「失火発生」と判定されているとき（ステップ１８２５にてＸＨＡＮ＝２となっているとき）においては、CAqpcciをステップ８１５にて決定される値よりも遅角方向に補正すれば、実際の自着火開始時期をＰＣＣＩ制御可能範囲内に制御することができる場合があることを意味する。
【０２３４】
最後に、経過時間ΔTdelayとＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射量qpcciとの関係がケース４に示す関係にある場合（qpcciが所定値未満であって、且つ、ΔTdelayが上記第２所定値より大きい場合）、ΔTdelayを小さくすれば補正係数Kcを増大せしめることができる。これは、ＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射開始時クランク角度CAqpcciを図８のステップ８１５にて決定される値よりも遅角方向に補正すれば自着火開始時期を早くする方向に調整できることを意味する。換言すれば、この場合、「失火発生」と判定されているとき（ステップ１８２５にてＸＨＡＮ＝２となっているとき）において、CAqpcciをステップ８１５にて決定される値よりも遅角方向に補正すれば、実際の自着火開始時期をＰＣＣＩ制御可能範囲内に制御することができる場合があることを意味する。
【０２３５】
一方、ＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射開始時クランク角度CAqpcciをステップ８１５にて決定される値（即ち、定常適合値（時期））から補正可能な範囲には一定の限界があり、係るCAqpcciの補正可能範囲は、図３０に示す自着火開始時クランク角度CAigの補正可能領域に対応している。
【０２３６】
以上のことから、本第５変形例に係る制御装置は、図１４〜図１８に示したルーチン実行時において、「ＰＣＣＩ制御可能」と判定されているとき（図１８のステップ１８２５においてＸＨＡＮ＝３となっているとき）は、上記実施形態と同様、原則的に要求燃料噴射量qfinの全量をＰＣＣＩ燃焼用燃料としてＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射開始時期（CAqpcci）に噴射する。
【０２３７】
一方、本第５変形例に係る制御装置は、「ノイズ大」であると判定されているとき（ステップ１８２５においてＸＨＡＮ＝１となっているとき）は、図１７のステップ１７６５にて計算した自着火開始時クランク角度CAigと、図１８のステップ１８０５にて計算した当量比φの関係が選択したMapjudge上において図３０に示した自着火開始時クランク角度CAigの補正可能領域内に対応していて、且つ、経過時間ΔTdelayとＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射量qpcciとの関係がケース２又はケース３に対応する関係にあるか否かを判定する。そして、「Ｎｏ」と判定する場合、本第５変形例に係る制御装置は、上記実施形態と同様、要求燃料噴射量qfinを所定の分割割合RatioqpcciをもってＰＣＣＩ燃焼用燃料と拡散燃焼用燃料とに分けて噴射する。一方、「Ｙｅｓ」と判定する場合、本第５変形例に係る制御装置は、上記実施形態と異なり、今回のＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射開始時クランク角度CAqpcciをステップ８１５にて決定される値から所定量だけ進角させるとともに、要求燃料噴射量qfinの全量をＰＣＣＩ燃焼用燃料として上記進角されたＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射開始時期（CAqpcci）に噴射する。これにより、ノイズ大となる事態を発生させることなくＮＯｘ、ＰＭの発生量を少なくすることができる。
【０２３８】
他方、本第５変形例に係る制御装置は、「失火発生」であると判定されているとき（ステップ１８２５においてＸＨＡＮ＝２となっているとき）は、図１７のステップ１７６５にて計算した自着火開始時クランク角度CAigと、図１８のステップ１８０５にて計算した当量比φの関係が選択したMapjudge上において図３０に示した自着火開始時クランク角度CAigの補正可能領域内に対応していて、且つ、経過時間ΔTdelayとＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射量qpcciとの関係がケース４に対応する関係にあるか否かを判定する。そして、「Ｎｏ」と判定する場合、本第５変形例に係る制御装置は、上記実施形態と同様、要求燃料噴射量qfinの全量を拡散燃焼用として拡散燃焼用燃料噴射開始時期（CAqdiff）に噴射する。一方、「Ｙｅｓ」と判定する場合、本第５変形例に係る制御装置は、上記実施形態と異なり、今回のＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射開始時クランク角度CAqpcciをステップ８１５にて決定される値から所定量だけ遅角させるとともに、要求燃料噴射量qfinの全量をＰＣＣＩ燃焼用燃料として上記遅角されたＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射開始時期（CAqpcci）に噴射する。これにより、失火発生となる事態を発生させることなくＮＯｘ、ＰＭの発生量を少なくすることができる。
【０２３９】
（第６変形例）
次に、上記実施形態の第６変形例に係る内燃機関の混合気着火時期推定装置を含んだ制御装置について説明する。この第６変形例は、推定された自着火開始時クランク角度CAigがＰＣＣＩ制御可能領域内にあると判定されなかった場合において、燃料噴射圧力Pcrの補正を行うものである。
【０２４０】
先に述べたように、機関の負荷が比較的高い場合（従って、予混合気の当量比φが比較的大きい場合）、燃料噴射圧力Pcrを高くするほど予混合気の自着火開始時期が早くなる傾向がある。これは、主として、燃料噴射圧力Pcrが高くなるほど液体燃料が霧化する速度（蒸発速度）が速くなることに基づく。
【０２４１】
従って、図３１に示すように、機関の負荷（従って、予混合気の当量比φ）が所定値よりも大きい場合であって、推定された今回の作動サイクルにおける自着火開始時クランク角度CAigがＰＣＣＩ制御可能範囲から遅い方向に外れていると判定される場合（即ち、「失火発生」と判定される場合。図３１における黒い星印を参照。）であっても、今回の作動サイクルにおける燃料噴射圧力Pcrを図８のステップ８２５にて決定されている値（定常適合値）よりも所定量だけ高くすることにより、今回の作動サイクルにおける実際の自着火開始時期をＰＣＣＩ制御可能範囲内に制御することが可能となる場合がある。
【０２４２】
この場合、実際の自着火開始時期の進角可能な量（進角可能量CAadvmax）は機関１０の状態に応じて決定され、進角可能量CAadvmaxは、エンジン回転速度NEと、当量比φと、NE及びφと進角可能量CAadvmaxとの関係を規定する図３２に示したテーブルと、により求めることができる。
【０２４３】
以上のことから、本第６変形例に係る制御装置は、図１４〜図１８に示したルーチン実行時において、「ＰＣＣＩ制御可能」と判定されているとき（図１８のステップ１８２５においてＸＨＡＮ＝３となっているとき）は、上記実施形態と同様、原則的に要求燃料噴射量qfinの全量をＰＣＣＩ燃焼用燃料としてＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射開始時期（CAqpcci）に噴射する。また、本第６変形例に係る制御装置は、「ノイズ大」であると判定されているとき（ステップ１８２５においてＸＨＡＮ＝１となっているとき）も、上記実施形態と同様、要求燃料噴射量qfinを所定の分割割合RatioqpcciをもってＰＣＣＩ燃焼用燃料と拡散燃焼用燃料とに分けて噴射する。
【０２４４】
一方、本第６実施形態に係る制御装置は、「失火発生」であると判定されているとき（ステップ１８２５においてＸＨＡＮ＝２となっているとき）は、図１７のステップ１７６５にて計算した自着火開始時クランク角度CAigと、図１８のステップ１８０５にて計算した当量比φと、選択したMapjudgeとから、CAigをＰＣＣＩ制御可能領域内にするために必要なCAigの進角量（要求進角量CAadvt）を求める。そして、予混合気の当量比φが所定値よりも大きくて、且つ、要求進角量CAadvtが、エンジン回転速度NEと、上記当量比φと、図３２に示したテーブルとから得られる進角可能量CAadvmax以下となっているか否かを判定する。そして、「Ｎｏ」と判定する場合、本第６変形例に係る制御装置は、上記実施形態と同様、要求燃料噴射量qfinの全量を拡散燃焼用として拡散燃焼用燃料噴射開始時期（CAqdiff）に噴射する。一方、「Ｙｅｓ」と判定する場合、本第６変形例に係る制御装置は、上記実施形態と異なり、要求進角量CAadvtと、CAadvtと噴射圧増加量ΔPcrの関係を規定する図３３に示すテーブルと、に基づいて噴射圧増加量ΔPcrを求め、今回の燃料噴射圧力Pcrをステップ８２５にて決定される値（定常適合値）から同求めた噴射圧増加量ΔPcrだけ高くするとともに、要求燃料噴射量qfinの全量をＰＣＣＩ燃焼用燃料としてＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射開始時期（CAqpcci）に上記増大せしめられた噴射圧力をもって噴射する。これにより、失火発生となる事態を発生させることなくＮＯｘ、ＰＭの発生量を少なくすることができる。
【０２４５】
また、機関の負荷が比較的低い場合（従って、予混合気の当量比φが比較的小さい場合）、燃料噴射圧力Pcrを低くするほど予混合気の自着火開始時期が早くなる傾向がある。これは、主として、燃料噴射圧力Pcrが低くなるほど予混合気の過分散が抑制され（即ち、予混合気の不均一度が大きくなり）、この結果、上述したように自着火開始時期が早くなることに基づく。
【０２４６】
従って、図３４に示すように、機関の負荷（従って、予混合気の当量比φ）が所定値よりも小さい場合であって、推定された今回の作動サイクルにおける自着火開始時クランク角度CAigがＰＣＣＩ制御可能範囲から遅い方向に外れていると判定される場合（即ち、「失火発生」と判定される場合。図３４における黒い星印を参照。）であっても、今回の作動サイクルにおける燃料噴射圧力Pcrを図８のステップ８２５にて決定されている値（定常適合値）よりも所定量だけ低くすることにより、今回の作動サイクルにおける実際の自着火開始時期をＰＣＣＩ制御可能範囲内に制御することが可能となる場合がある。
【０２４７】
この場合も、実際の自着火開始時期の進角可能な量（進角可能量CAadvmax）は機関１０の状態に応じて決定され、進角可能量CAadvmaxは、エンジン回転速度NEと、当量比φと、NE及びφと進角可能量CAadvmaxとの関係を規定する図３５に示したテーブルと、により求めることができる。
【０２４８】
以上のことから、本第６変形例に係る制御装置は、図１４〜図１８に示したルーチン実行時において、「失火発生」であると判定されているとき（ステップ１８２５においてＸＨＡＮ＝２となっているとき）は、図１７のステップ１７６５にて計算した自着火開始時クランク角度CAigと、図１８のステップ１８０５にて計算した当量比φと、選択したMapjudgeとから、CAigをＰＣＣＩ制御可能領域内にするために必要なCAigの進角量（要求進角量CAadvt）を求める。そして、予混合気の当量比φが所定値よりも小さくて、且つ、要求進角量CAadvtが、エンジン回転速度NEと、上記当量比φと、図３５に示したテーブルとから得られる進角可能量CAadvmax以下となっているか否かを判定する。そして、「Ｎｏ」と判定する場合、本第６変形例に係る制御装置は、上記実施形態と同様、要求燃料噴射量qfinの全量を拡散燃焼用として拡散燃焼用燃料噴射開始時期（CAqdiff）に噴射する。一方、「Ｙｅｓ」と判定する場合、本第６変形例に係る制御装置は、上記実施形態と異なり、要求進角量CAadvtと、CAadvtと噴射圧減少量ΔPcrの関係を規定する図３６に示すテーブルと、に基づいて噴射圧減少量ΔPcrを求め、今回の燃料噴射圧力Pcrをステップ８２５にて決定される値（定常適合値）から同求めた噴射圧増加量ΔPcrだけ低くするとともに、要求燃料噴射量qfinの全量をＰＣＣＩ燃焼用燃料としてＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射開始時期（CAqpcci）に上記減少せしめられた噴射圧力をもって噴射する。これにより、失火発生となる事態を発生させることなくＮＯｘ、ＰＭの発生量を少なくすることができる。
【０２４９】
（第７変形例）
次に、上記実施形態の第７変形例に係る内燃機関の混合気着火時期推定装置を含んだ制御装置について説明する。この第７変形例は、推定された自着火開始時クランク角度CAigがＰＣＣＩ制御可能領域内にあると判定されなかった場合において、筒内温度Tgを強制的に増減せしめるものである。
【０２５０】
推定された今回の作動サイクルにおける予混合気自着火開始時期（CAig）がＰＣＣＩ制御可能範囲から早い方向に外れていると判定される場合（即ち、「ノイズ大」であると判定される場合）、今回の作動サイクルにおける予混合気の温度（従って、筒内温度Tg）を強制的に低くすることができれば、今回の作動サイクルにおける実際の自着火開始時期をＰＣＣＩ制御可能範囲内に制御することが可能となる。
【０２５１】
筒内温度Tgを強制的に低くする手法としては、例えば、筒内ガスの一部を燃焼室外に放出することで筒内ガスの量を減少させる、機関の圧縮比を低くする、新たに所定の冷却材（例えば、水等）を燃焼室内に注入する、等の処置が考えられる。ここで、筒内ガスの量を減少させる具体的手法としては、例えば、「ノイズ大」であると判定された時点（図１８のステップ１８２５実行時。圧縮開始直後の時点）で、吸気弁Vinを所定の短期間だけ開ける、図３７に示すように吸気マニホールド３１の中途部と燃焼室とを連通する連通路３１ａの途中に配設された開閉弁３１ｂを所定の短期間だけ開ける、等の処置が考えられる。
【０２５２】
また、機関の圧縮比を低くする具体的手法としては、例えば、図３８に示すように、燃焼室容積をピストンの位置とは無関係に調整可能であって、シリンダ２４ａと同シリンダ２４ａ内を気密的に移動するピストン２４ｂとから成る燃焼室容積調整機構２４を設け、同ピストン２４ｂの位置を制御することで燃焼室内の容積を増大させる、等の処置が考えられる。
【０２５３】
一方、推定された今回の作動サイクルにおける予混合気自着火開始時期（CAig）がＰＣＣＩ制御可能範囲から遅い方向に外れていると判定される場合（即ち、「失火発生」と判定される場合）、今回の作動サイクルにおける予混合気の温度（従って、筒内温度Tg）を強制的に高くすることができれば、今回の作動サイクルにおける実際の自着火開始時期をＰＣＣＩ制御可能範囲内に制御することが可能となる。
【０２５４】
筒内温度Tgを強制的に高くする手法としては、例えば、新たに所定のガスを燃焼室内に注入することで筒内ガスの量を増大する、機関の圧縮比を増大する、グローで燃焼室を加熱する、等の処置が考えられる。
【０２５５】
以上のことから、本第７変形例に係る制御装置は、図１４〜図１８に示したルーチン実行時において、「ＰＣＣＩ制御可能」と判定されているとき（図１８のステップ１８２５においてＸＨＡＮ＝３となっているとき）は、上記実施形態と同様、原則的に要求燃料噴射量qfinの全量をＰＣＣＩ燃焼用燃料としてＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射開始時期（CAqpcci）に噴射する。
【０２５６】
一方、本第７変形例に係る制御装置は、「失火発生」と判定されているとき（ステップ１８２５においてＸＨＡＮ＝２となっているとき）は、上記実施形態とは異なり、上記筒内温度Tgを強制的に高くする手法により今回の作動サイクルにおける筒内ガス温度Tgを所定量だけ強制的に高くするとともに、要求燃料噴射量qfinの全量をＰＣＣＩ燃焼用燃料としてＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射開始時期（CAqpcci）に噴射する。これにより、失火発生となる事態を発生させることなくＮＯｘ、ＰＭの発生量を少なくすることができる。
【０２５７】
同様に、本第７変形例に係る制御装置は、「ノイズ大」であると判定されているとき（ステップ１８２５においてＸＨＡＮ＝１となっているとき）は、上記実施形態とは異なり、上記筒内温度Tgを強制的に低くする手法により今回の作動サイクルにおける筒内ガス温度Tgを所定量だけ強制的に低くするとともに、要求燃料噴射量qfinの全量をＰＣＣＩ燃焼用燃料としてＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射開始時期（CAqpcci）に噴射する。これにより、ノイズ大となる事態を発生させることなくＮＯｘ、ＰＭの発生量を少なくすることができる。
【０２５８】
（第８変形例）
次に、上記実施形態の第８変形例に係る内燃機関の混合気着火時期推定装置を含んだ制御装置について説明する。この第８変形例は、ＰＣＣＩ燃焼に関わる予混合気の自着火開始時期（CAig）を推定するための筒内温度Tgを簡易的に算出するものである。
【０２５９】
上記実施形態では、圧縮行程における筒内温度Tgを推定するために、各種熱量、エネルギー量を計算する必要があり、計算の負荷が比較的大きい。これに対し、本第８変形例に係る制御装置は、図３９に示すように、圧縮開始時以降において筒内ガスの状態が断熱変化するとの仮定のもとに、圧縮開始時において、圧縮開始時における筒内ガスの状態に基づいて断熱変化時筒内温度Tadiをクランク角度CAの関数funcTadi(CA)として求める。
【０２６０】
一方、本第８変形例に係る制御装置は、圧縮開始時において、図１７のステップ１７１０と同様の手法にて求めた冷炎発熱量ΔQltoによる筒内温度Tgの増加量ΔTltoを下記(23)式に従って求める。下記(23)式において、M0は上記(3)式にて計算される圧縮開始時筒内ガス質量であり、Cpは筒内ガスの比熱（ここでは、一定値）である。ρfは燃料密度である。
【０２６１】
ΔTlto＝ΔQlto / { (M0＋qpcci・ρf)・Cp}  …(23)
【０２６２】
そして、本第８変形例に係る制御装置は、図３９に示すように、関数funcTadi(CA)の値（従って、断熱変化時筒内温度Tadi）に上記ΔTltoを加えた値（ΔTltoだけオフセットした値）を筒内温度Tgとし、この筒内温度Tgが上記自着火開始温度Tigに達した時点を自着火開始時期（CAig）として推定する。これにより、簡易な計算で自着火開始時期（CAig）を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０２６３】
【図１】本発明の実施形態に係る内燃機関の混合気着火時期推定装置を含んだ制御装置を４気筒内燃機関（ディーゼル機関）に適用したシステム全体の概略構成図である。
【図２】或る一つの気筒のシリンダ内(筒内)に吸気マニホールドからガスが吸入され、筒内に吸入されたガスが排気マニホールドへ排出される様子を模式的に示した図である。
【図３】圧縮行程（及び、膨張行程）における筒内温度及び燃焼室内における熱発生率の変化の一例を示した図である。
【図４】機関が定常運転状態にある場合における、予混合気の当量比とＰＣＣＩ制御可能領域との関係の一例を示した図である。
【図５】機関が過渡運転状態にある場合における、吸気酸素濃度とＰＣＣＩ制御可能領域との関係を示した図である。
【図６】機関が過渡運転状態にある場合における、筒内ガス質量とＰＣＣＩ制御可能領域との関係を示した図である。
【図７】「ノイズ大」と判定された場合において、要求燃料噴射量をＰＣＣＩ燃焼用噴射量と拡散燃焼用噴射量とに分割する際の分割割合の考え方についての理解を容易にするための図である。
【図８】図１に示したＣＰＵが実行する燃料噴射量等の計算をするためのルーチンを示したフローチャートである。
【図９】図１に示したＣＰＵが図８に示したルーチンを実行する際に参照する要求燃料噴射量を決定するためのテーブルである。
【図１０】図１に示したＣＰＵが図８に示したルーチンを実行する際に参照するＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射時クランク角度を決定するためのテーブルである。
【図１１】図１に示したＣＰＵが図８に示したルーチンを実行する際に参照する拡散燃焼用燃料噴射時クランク角度を決定するためのテーブルである。
【図１２】図１に示したＣＰＵが図８に示したルーチンを実行する際に参照する指令燃料噴射圧力を決定するためのテーブルである。
【図１３】図１に示したＣＰＵが図８に示したルーチンを実行する際に参照するＰＣＣＩ制御可能最大噴射量を決定するためのテーブルである。
【図１４】図１に示したＣＰＵが実行するＰＣＣＩ燃焼時における自着火開始時期の計算、及びＰＣＣＩ制御の可否判定を行うためのルーチンの第１番目の部分を示したフローチャートである。
【図１５】図１に示したＣＰＵが実行するＰＣＣＩ燃焼時における自着火開始時期の計算、及びＰＣＣＩ制御の可否判定を行うためのルーチンの第２番目の部分を示したフローチャートである。
【図１６】図１に示したＣＰＵが実行するＰＣＣＩ燃焼時における自着火開始時期の計算、及びＰＣＣＩ制御の可否判定を行うためのルーチンの第３番目の部分を示したフローチャートである。
【図１７】図１に示したＣＰＵが実行するＰＣＣＩ燃焼時における自着火開始時期の計算、及びＰＣＣＩ制御の可否判定を行うためのルーチンの第４番目の部分を示したフローチャートである。
【図１８】図１に示したＣＰＵが実行するＰＣＣＩ燃焼時における自着火開始時期の計算、及びＰＣＣＩ制御の可否判定を行うためのルーチンの第５番目の部分を示したフローチャートである。
【図１９】図１に示したＣＰＵが実行する燃料噴射制御を実行するためのルーチンを示したフローチャートである。
【図２０】本発明の実施形態の第２変形例に係る内燃機関の制御装置が筒内ガスのＰＶ値から冷炎発熱量を検出する際に使用するΔＰＶを説明するための図である。
【図２１】本発明の実施形態の第２変形例に係る内燃機関の制御装置が筒内ガスのＰＶκ値から冷炎発熱量を検出する際に使用するΔＰＶκを説明するための図である。
【図２２】本発明の実施形態の第２変形例に係る内燃機関の制御装置が筒内ガスのＰＶ値から燃焼期間を検出する手法を示した図である。
【図２３】本発明の実施形態の第２変形例に係る内燃機関の制御装置が筒内ガスの（dＰＶκ/dCA）値から燃焼期間を検出する手法を示した図である。
【図２４】燃焼室内壁面への燃料付着により実際の自着火開始時期が遅くなることを説明するための図である。
【図２５】本発明の実施形態の第４変形例に係る内燃機関の制御装置のＣＰＵが参照する付着係数Kaを決定するためのテーブルである。
【図２６】本発明の実施形態の第４変形例に係る内燃機関の制御装置のＣＰＵが参照する付着係数Kbを決定するためのテーブルである。
【図２７】或る所定条件下における、ＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射開始時期と、冷炎反応及び熱炎反応の開始時期との関係についての実験結果の一例を示したグラフである
【図２８】本発明の実施形態の第５変形例に係る内燃機関の制御装置のＣＰＵが参照する冷炎発熱量の補正係数Kcを決定するためのテーブルである。
【図２９】本発明の実施形態の第５変形例に係る内燃機関の制御装置のＣＰＵが参照するＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射時期の調整による自着火開始時期の調整の可否を判定するためのテーブルである。
【図３０】ＰＣＣＩ燃焼用燃料噴射時期の調整による自着火開始時クランク角度の補正可能領域を示した図である。
【図３１】機関の負荷が比較的高い場合において噴射圧力の増大により実際の自着火開始時期が早くなることを説明するための図である。
【図３２】本発明の実施形態の第６変形例に係る内燃機関の制御装置のＣＰＵが参照する自着火開始時期の進角可能量を決定するためのテーブルである。
【図３３】本発明の実施形態の第６変形例に係る内燃機関の制御装置のＣＰＵが参照する要求進角量と噴射圧増加量との関係を規定するテーブルである。
【図３４】機関の負荷が比較的低い場合において噴射圧力の減少により実際の自着火開始時期が早くなることを説明するための図である。
【図３５】本発明の実施形態の第６変形例に係る内燃機関の制御装置のＣＰＵが参照する自着火開始時期の進角可能量を決定するためのテーブルである。
【図３６】本発明の実施形態の第６変形例に係る内燃機関の制御装置のＣＰＵが参照する要求進角量と噴射圧減少量との関係を規定するテーブルである。
【図３７】筒内ガス質量を減少させるために、吸気マニホールドの中途部と燃焼室とを連通する連通路と、その途中に配設した開閉弁とを含んだ機関の燃焼室周辺の模式図である。
【図３８】機関の圧縮比を低くするために、燃焼室容積調整機構を設けた機関の燃焼室周辺の模式図である。
【図３９】筒内温度を簡易に求める手法を説明するための図である。
【符号の説明】
【０２６４】
２１…燃料噴射弁、３５ｃ…ターボチャージャ絞り弁、５２…ＥＧＲ制御弁、６０…電気制御装置、６１…ＣＰＵ、７１…エアフローメータ、７２…吸気温センサ、７３…吸気管圧力センサ、７４…クランクポジションセンサ、７５…アクセル開度センサ、７６…燃料温度センサ、７７…吸気酸素濃度センサ、７８…水温センサ、８１…排気酸素濃度センサ、８２…排気温センサ、８３…排気圧力センサ
【図１】
2005273513.tif 000003
【図２】
2005273513.tif 000004
【図３】
2005273513.tif 000005
【図４】
2005273513.tif 000006
【図５】
2005273513.tif 000007
【図６】
2005273513.tif 000008
【図７】
2005273513.tif 000009
【図８】
2005273513.tif 000010
【図９】
2005273513.tif 000011
【図１０】
2005273513.tif 000012
【図１１】
2005273513.tif 000013
【図１２】
2005273513.tif 000014
【図１３】
2005273513.tif 000015
【図１４】
2005273513.tif 000016
【図１５】
2005273513.tif 000017
【図１６】
2005273513.tif 000018
【図１７】
2005273513.tif 000019
【図１８】
2005273513.tif 000020
【図１９】
2005273513.tif 000021
【図２０】
2005273513.tif 000022
【図２１】
2005273513.tif 000023
【図２２】
2005273513.tif 000024
【図２３】
2005273513.tif 000025
【図２４】
2005273513.tif 000026
【図２５】
2005273513.tif 000027
【図２６】
2005273513.tif 000028
【図２７】
2005273513.tif 000029
【図２８】
2005273513.tif 000030
【図２９】
2005273513.tif 000031
【図３０】
2005273513.tif 000032
【図３１】
2005273513.tif 000033
【図３２】
2005273513.tif 000034
【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
2005273513.tif 000037
【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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