(57)【要約】【課題】圧縮自着火燃焼を実施する内燃機関の燃焼騒音を抑制する。【解決手段】内燃機関１００の制御装置２００が、燃料の一部を火炎伝播燃焼させ、そのときに生じる熱を用いて残りの燃料を予混合圧縮自着火燃焼させる着火アシスト自着火燃焼が燃焼室１１内で生じるように、燃料噴射弁２０と点火プラグ１６とを制御する燃焼制御部と、着火アシスト自着火燃焼を実施した場合に、機関運転状態が定常状態であるか、又は燃焼騒音が所定の許容騒音値よりも増大する騒音過渡状態であるか否かを判定する運転状態判定部と、オゾン供給装置８による燃焼室１１へのオゾン供給量を制御するオゾン供給量制御部と、を備える。オゾン供給量制御部は、定常状態であると判定されたときにはオゾン供給量を所定の基準量に制御し、騒音過渡状態であると判定されたときにはオゾン供給量を前記基準量よりも少ない供給量に制御するか、又はオゾン供給量をゼロとする。【選択図】図１
2017186984.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関本体と、
前記機関本体の燃焼室に直接燃料を噴射するための燃料噴射弁と、
前記燃焼室内に臨むように配置された点火プラグと、
前記燃焼室に直接又は間接的にオゾンを供給するためのオゾン供給装置と、
を備える内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
燃料の一部を前記点火プラグによって火炎伝播燃焼させ、そのときに生じる熱を用いて残りの燃料を予混合圧縮自着火燃焼させる着火アシスト自着火燃焼が前記燃焼室内で生じるように、前記燃料噴射弁の噴射量及び噴射時期と前記点火プラグの点火時期とを制御する燃焼制御部と、
前記着火アシスト自着火燃焼を実施した場合に、機関運転状態が定常状態であるか、又は燃焼騒音が所定の許容騒音値よりも増大する騒音過渡状態であるかを判定する運転状態判定部と、
前記オゾン供給装置による前記燃焼室へのオゾン供給量を制御するオゾン供給量制御部と、
を備え、
前記オゾン供給量制御部は、
前記定常状態であると判定されたときには、オゾン供給量を所定の基準量に制御し、
前記騒音過渡状態であると判定されたときには、オゾン供給量を前記基準量よりも少ない供給量に制御するか、又はオゾン供給量をゼロとする、
内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記運転状態判定部は、
着火アシスト自着火燃焼を実施したときの筒内状態の推移を推定する筒内状態推定部と、
前記筒内状態の推移に基づいて、前記残りの燃料の予想自着火時期を算出する予想自着火時期算出部と、
機関運転状態に基づいて、前記残りの燃料の目標自着火時期を算出する目標自着火時期算出部と、
前記目標自着火時期に対する前記予想自着火時期の進角側への進角ズレ量を算出する進角ズレ量算出部と
を含み、
前記進角ズレ量が所定閾値よりも大きいときに、前記騒音過渡状態であると判定する、
請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記オゾン供給量制御部は、
前記騒音過渡状態であると判定されたときには、前記進角ズレ量が大きくなるほど、オゾン供給量を前記基準量よりも少なくする、
請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記目標自着火時期に対する前記予想自着火時期の遅角側への遅角ズレ量を算出する遅角ズレ量算出部をさらに備え、
前記オゾン供給量制御部は、
前記遅角ズレ量が所定閾値よりも大きいときは、オゾン供給量を前記基準量に制御せずに、前記基準量よりも多い供給量に制御する、
請求項２又は請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記オゾン供給量制御部は、
前記遅角ズレ量が大きくなるほど、オゾン供給量を前記基準量よりも多くする、
請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記オゾン供給量制御部は、
前記騒音過渡状態であると判定されたときの機関負荷が所定以上であれば、オゾン供給量を前記基準量よりも少ない供給量に制御するか、又はオゾン供給量をゼロとする、
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
機関本体と、
前記機関本体の燃焼室に直接燃料を噴射するための燃料噴射弁と、
前記燃焼室内に臨むように配置された点火プラグと、
前記燃焼室に直接又は間接的にオゾンを供給するためのオゾン供給装置と、
を備える内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
燃料の一部を前記点火プラグによって火炎伝播燃焼させ、そのときに生じる熱を用いて残りの燃料を予混合圧縮自着火燃焼させる着火アシスト自着火燃焼が前記燃焼室内で生じるように、前記燃料噴射弁の噴射量及び噴射時期と前記点火プラグの点火時期とを制御する燃焼制御部と、
着火アシスト自着火燃焼を実施したときの筒内状態の推移を推定する筒内状態推定部と、
前記筒内状態の推移に基づいて、前記残りの燃料の予想自着火時期を算出する予想自着火時期算出部と、
機関運転状態に基づいて、前記残りの燃料の目標自着火時期を算出する目標自着火時期算出部と、
前記目標自着火時期と前記予想自着火時期との差分に基づいて、オゾン供給量を制御するオゾン供給量制御部と、
を備える内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、従来の内燃機関の制御装置として、気筒内の活性種濃度が所定値以上のときに１回目の燃料噴射を実施し、その後、活性種濃度が所定値未満になったときに２回目の燃料噴射を実施して、予混合気を圧縮自着火燃焼させるように構成されたものが開示されている。特許文献１によれば、これにより気筒内に噴射された燃料を２段階に分けて自着火燃焼させることができるので、全ての燃料が一度に自着火燃焼する場合と比べて燃焼騒音を低減させることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−０２５３７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述した特許文献１は、例えば吸気温などの圧縮自着火燃焼に影響を与える各種のパラメータが過渡的に変化する過渡状態のことを考慮していなかった。このような過渡状態においては、筒内の温度などが過渡的に変化するために自着火時期も変化する。そのため、過渡状態において燃料が２段階に分かれて自着火燃焼せずに燃焼騒音が悪化するおそれがある。
【０００５】
本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、内燃機関が過渡状態にあるときに予混合気を圧縮自着火燃焼させたときの燃焼騒音の悪化を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、機関本体と、機関本体の燃焼室に直接燃料を噴射するための燃料噴射弁と、燃焼室内に臨むように配置された点火プラグと、燃焼室に直接又は間接的にオゾンを供給するためのオゾン供給装置と、を備える内燃機関を制御する内燃機関の制御装置が、燃料の一部を点火プラグによって火炎伝播燃焼させ、そのときに生じる熱を用いて残りの燃料を予混合圧縮自着火燃焼させる着火アシスト自着火燃焼が燃焼室内で生じるように、燃料噴射弁の噴射量及び噴射時期と点火プラグの点火時期とを制御する燃焼制御部と、着火アシスト自着火燃焼を実施した場合に、機関運転状態が定常状態であるか、又は燃焼騒音が所定の許容騒音値よりも増大する騒音過渡状態であるかを判定する運転状態判定部と、オゾン供給装置による前記燃焼室へのオゾン供給量を制御するオゾン供給量制御部と、を備える。そしてオゾン供給量制御部は、定常状態であると判定されたときにはオゾン供給量を所定の基準量に制御し、騒音過渡状態であると判定されたときにはオゾン供給量を前記基準量よりも少ない供給量に制御するか、又はオゾン供給量をゼロとするように構成される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のこの態様によれば、過渡状態にあるときに予混合気を圧縮自着火燃焼させたときの燃焼騒音の悪化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態による内燃機関及び内燃機関を制御する電子制御ユニットの概略構成図である。
【図２】図２は、内燃機関の機関本体の断面図である。
【図３】図３は、機関本体の運転領域を示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、ＣＩ運転モード中における吸気弁及び排気弁の開弁動作の一例を示した図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、ＣＩ運転モード中における吸気弁及び排気弁の開弁動作の一例を示した図である。
【図５】図５は、予混合気を圧縮自着火燃焼させた場合に、圧縮自着火燃焼によって消費された燃料量と、燃焼騒音と、の関係を示した図である。
【図６】図６は、燃料噴射弁から機関負荷に応じた所定量の燃料を１回だけ噴射して圧縮自着火燃焼を実施した場合のクランク角と熱発生率との関係を示した図である。
【図７】図７は、着火アシスト自着火燃焼を実施した場合のクランク角と熱発生率との関係を示した図である。
【図８】図８は、過渡状態の一例として、吸気温が目標値よりも高温になっている場合に着火アシスト自着火燃焼を実施したときの熱発生率パターンの変化について説明する図である。
【図９】図９は、過渡状態の一例として、吸気温が目標値よりも低温になっている場合に着火アシスト自着火燃焼を実施したときの熱発生率パターンの変化について説明する図である。
【図１０】図１０は、第１過渡状態になった場合に、着火アシスト燃料の噴射時期及び着火アシスト時期を遅角させることで、自着火時期を遅角させたときの熱発生率パターンの変化について説明する図である。
【図１１】図１１は、第１過渡状態になっている場合に着火アシスト自着火燃焼を実施したときの、燃焼室内へのオゾン供給量の相違による熱発生率パターンの変化について説明する図である。
【図１２】図１２は、本発明の第１実施形態によるＣＩ運転モード中の燃焼制御について説明するフローチャートである。
【図１３】図１３は、進角ズレ量Ｔｉｇａに基づいて、第１目標オゾン供給量を算出するテーブルである。
【図１４】図１４は、遅角ズレ量Ｔｉｇｒに基づいて、第２目標オゾン供給量を算出するテーブルである。
【図１５】図１５は、機関本体の運転領域を示す図である。
【図１６】図１６は、本発明の第２実施形態によるＣＩ運転モード中の燃焼制御について説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。
【００１０】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による内燃機関１００及び内燃機関１００を制御する電子制御ユニット２００の概略構成図である。図２は、内燃機関１００の機関本体１の断面図である。
【００１１】
内燃機関１００は、複数の気筒１０を備える機関本体１と、燃料供給装置２と、吸気装置３と、排気装置４と、吸気動弁装置５と、排気動弁装置６と、オゾン供給装置８（図２参照）と、を備える。
【００１２】
機関本体１は、各気筒１０に形成される燃焼室１１内（図２参照）で燃料を燃焼させて、例えば車両などを駆動するための動力を発生させる。機関本体１には、気筒毎に１つの点火プラグ１６が、各気筒１０の燃焼室１１に臨むように設けられる。また機関本体１には、気筒毎に一対の吸気弁５０と一対の排気弁６０とが設けられる。
【００１３】
燃料供給装置２は、電子制御式の燃料噴射弁２０と、デリバリパイプ２１と、サプライポンプ２２と、燃料タンク２３と、を備える。
【００１４】
燃料噴射弁２０は、燃焼圧力を受けて各気筒１０の内部を往復動するピストン１２の冠面に形成されたキャビティ１３に向かって燃料を噴射して成層予混合気を形成することができるように、機関本体１に設けられる。本実施形態では、燃料噴射弁２０は、点火プラグ１６に隣接して配置されており、各気筒１０の燃焼室１１に臨むように各気筒１０に１つ設けられている。燃料噴射弁２０の開弁時間（噴射量）及び開弁時期（噴射時期）は電子制御ユニット２００からの制御信号によって変更され、燃料噴射弁２０が開弁されると燃料噴射弁２０から燃焼室１１内に直接燃料が噴射される。
【００１５】
デリバリパイプ２１は、圧送パイプ２４を介して燃料タンク２３に接続される。圧送パイプ２４の途中には、燃料タンク２３に貯蔵された燃料を加圧してデリバリパイプ２１に供給するためのサプライポンプ２２が設けられる。デリバリパイプ２１は、サプライポンプ２２から圧送されてきた高圧燃料を一時的に貯蔵する。燃料噴射弁２０が開弁されると、デリバリパイプ２１に貯蔵された高圧燃料が燃料噴射弁２０から燃焼室１１内に直接噴射される。デリバリパイプ２１には、デリバリパイプ２１内の燃料圧力、すなわち燃料噴射弁２０から気筒内に噴射される燃料の圧力（噴射圧）を検出するための燃圧センサ２１１が設けられる。
【００１６】
サプライポンプ２２は、吐出量を変更することができるように構成されており、サプライポンプ２２の吐出量は、電子制御ユニット２００からの制御信号によって変更される。サプライポンプ２２の吐出量を制御することで、デリバリパイプ２１内の燃料圧力、すなわち燃料噴射弁２０の噴射圧が制御される。
【００１７】
吸気装置３は、燃焼室１１内に吸気を導くための装置であって、燃焼室１１内に吸入される吸気の状態（吸気圧、吸気温、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガス量）を変更することができるように構成されている。吸気装置３は、吸気通路３０と、吸気マニホールド３１と、ＥＧＲ通路３２と、を備える。
【００１８】
吸気通路３０は、一端がエアクリーナ３４に接続され、他端が吸気マニホールド３１の吸気コレクタ３１ａに接続される。吸気通路３０には、上流から順にエアフローメータ２１２、排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７１、インタークーラ３５及びスロットル弁３６が設けられる。
【００１９】
エアフローメータ２１２は、吸気通路３０内を流れて最終的に気筒１０内に吸入される空気の流量を検出する。
【００２０】
コンプレッサ７１は、コンプレッサハウジング７１ａと、コンプレッサハウジング７１ａ内に配置されたコンプレッサホイール７１ｂと、を備える。コンプレッサホイール７１ｂは、同軸上に取り付けられた排気ターボチャージャ７のタービンホイール７２ｂによって回転駆動され、コンプレッサハウジング７１ａ内に流入してきた吸気を圧縮して吐出する。排気ターボチャージャ７のタービン７２には、タービンホイール７２ｂの回転速度を制御するための可変ノズル７２ｃが設けられており、可変ノズル７２ｃによってタービンホイール７２ｂの回転速度が制御されることで、コンプレッサハウジング７１ａ内から吐出される吸気の圧力（過給圧）が制御される。
【００２１】
インタークーラ３５は、コンプレッサ７１によって圧縮されて高温になった吸気を、例えば走行風や冷却水などによって冷却するための熱交換器である。
【００２２】
スロットル弁３６は、吸気通路３０の通路断面積を変化させることで、吸気マニホールド３１に導入する吸気量を調整する。スロットル弁３６は、スロットルアクチュエータ３６ａによって開閉駆動され、スロットルセンサ２１３によってその開度（スロットル開度）が検出される。
【００２３】
吸気マニホールド３１は、機関本体１に形成された吸気ポート１４に接続されており、吸気通路３０から流入してきた吸気を、吸気ポート１４を介して各気筒１０に均等に分配する。吸気マニホールド３１の吸気コレクタ３１ａには、筒内に吸入される吸気の圧力（吸気圧）を検出するための吸気圧センサ２１４と、筒内に吸入される吸気の温度（吸気温）を検出するための吸気温センサ２１５と、が設けられる。
【００２４】
ＥＧＲ通路３２は、排気マニホールド４１と吸気マニホールド３１の吸気コレクタ３１ａを連通し、各気筒１０から排出された排気の一部を圧力差によって吸気コレクタ３１ａに戻すための通路である。以下、ＥＧＲ通路３２に流入した排気のことを「ＥＧＲガス」という。ＥＧＲガスを吸気コレクタ３１ａ、ひいては各気筒１０に還流させることで、燃焼温度を低減させて窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出を抑えることができる。ＥＧＲ通路３２には、上流から順にＥＧＲクーラ３７と、ＥＧＲ弁３８と、が設けられる。
【００２５】
ＥＧＲクーラ３７は、ＥＧＲガスを、例えば走行風や冷却水などによって冷却するための熱交換器である。
【００２６】
ＥＧＲ弁３８は、連続的又は段階的に開度を調整することができる電磁弁であり、その開度は機関運転状態に応じて電子制御ユニット２００によって制御される。ＥＧＲ弁３８の開度を制御することで、吸気コレクタ３１ａに還流させるＥＧＲガスの流量が調節される。
【００２７】
排気装置４は、筒内から排気を排出するための装置であって、排気マニホールド４１と、排気通路４２と、を備える。
【００２８】
排気マニホールド４１は、機関本体１に形成された排気ポート１５に接続されており、各気筒１０から排出された排気を纏めて排気通路４２に導入する。
【００２９】
排気通路４２には、上流から順に排気ターボチャージャ７のタービン７２と、排気後処理装置４３と、が設けられる。
【００３０】
タービン７２は、タービンハウジング７２ａと、タービンハウジング７２ａ内に配置されたタービンホイール７２ｂと、を備える。タービンホイール７２ｂは、タービンハウジング７２ａ内に流入してきた排気のエネルギによって回転駆動され、同軸上に取り付けられたコンプレッサホイール７１ｂを駆動する。
【００３１】
タービンホイール７２ｂの外側には、前述した可変ノズル７２ｃが設けられている。可変ノズル７２ｃは絞り弁として機能し、可変ノズル７２ｃのノズル開度（弁開度）は電子制御ユニット２００によって制御される。可変ノズル７２ｃのノズル開度を変化させることでタービンホイール７２ｂを駆動する排気の流速をタービンハウジング７２ａ内で変化させることができる。すなわち、可変ノズル７２ｃのノズル開度を変化させることで、タービンホイール７２ｂの回転速度を変化させて過給圧を変化させることができる。具体的には、可変ノズル７２ｃのノズル開度を小さくする（可変ノズル７２ｃを絞る）と、排気の流速が上がってタービンホイール７２ｂの回転速度が増大し、過給圧が増大する。
【００３２】
排気後処理装置４３は、排気を浄化した上で外気に排出するための装置であって、有害物質を浄化する各種の排気浄化触媒や有害物質を捕集するフィルタなどを備える。
【００３３】
吸気動弁装置５は、各気筒１０の吸気弁５０を開閉駆動するための装置であって、機関本体１に設けられる。本実施形態による吸気動弁装置５は、吸気弁５０の開閉時期を任意の時期に制御できるように、例えば電磁アクチュエータによって吸気弁５０を開閉駆動するように構成される。しかしながら、これに限らず、吸気カムシャフトによって吸気弁５０を開閉駆動するように構成し、当該吸気カムシャフトの一端部に油圧制御によってクランクシャフトに対する吸気カムシャフトの相対位相角を変更する可変動弁機構を設けることによって、吸気弁５０の開閉時期を任意の時期に制御できるようにしてもよい。
【００３４】
排気動弁装置６は、各気筒１０の排気弁６０を開閉駆動するための装置であって、機関本体１に設けられる。本実施形態による排気動弁装置６は、各気筒１０の排気弁６０を排気行程中に開弁させると共に、必要に応じて吸気行程中にも開弁させることができるように構成される。本実施形態ではこのような排気動弁装置６として、電子制御ユニット２００によって制御される電磁アクチュエータを採用し、各気筒１０の排気弁６０を電磁アクチュエータによって開閉駆動することで、排気弁６０の開閉時期やリフト量を任意の時期及びリフト量に制御している。なお、排気動弁装置６としては、電磁アクチュエータに限らず、例えば油圧等によってカムプロフィールを変更することで排気弁６０の開閉時期やリフト量を変更する動弁装置を採用することもできる。
【００３５】
図２に示すように、オゾン供給装置８は、オゾン発生器８１と、オゾン噴射弁８２と、オゾン供給管８３と、を備える。
【００３６】
オゾン発生器８１は、空気中の酸素からオゾンを発生させる装置であって、本実施形態では放電（無声放電やコロナ放電、ストリーマ放電等）によってオゾンを発生させているが紫外線や電気分解等によって発生させてもよい。オゾン発生器８１での放電は、電子制御ユニット２００からの制御信号によって行われる。
【００３７】
オゾン噴射弁８２は、吸気マニホールド３１に取り付けられており、吸気マニホールド３１内にオゾンを噴射して、各気筒１０の燃焼室１１内にオゾンを供給する。オゾン噴射弁８２の開弁時間（噴射量）及び開弁時期（噴射時期）は電子制御ユニット２００からの制御信号によって変更され、オゾン噴射弁８２が開弁されると吸気マニホールド３１内にオゾンが噴射される。なおオゾン噴射弁８２は、各気筒１０の燃焼室１１内に直接オゾンを噴射できるように機関本体１に取り付けることもできる。
【００３８】
オゾン供給管８３は、一端がオゾン発生器８１に接続され、他端がオゾン噴射弁８２に接続される。
【００３９】
電子制御ユニット２００は、デジタルコンピュータから構成され、双方性バス２０１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）２０２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２０３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）２０４、入力ポート２０５及び出力ポート２０６を備える。
【００４０】
入力ポート２０５には、前述した燃圧センサ２１１などの出力信号が、対応する各ＡＤ変換器２０７を介して入力される。また入力ポート２０５には、機関負荷を検出するための信号として、アクセルペダル２２０の踏み込み量（以下「アクセル踏込量」という。）に比例した出力電圧を発生する負荷センサ２１７の出力電圧が、対応するＡＤ変換器２０７を介して入力される。また入力ポート２０５には、機関回転速度などを算出するための信号として、機関本体１のクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ２１８の出力信号が入力される。このように入力ポート２０５には、内燃機関１００を制御するために必要な各種センサの出力信号が入力される。
【００４１】
出力ポート２０６は、対応する駆動回路２０８を介して、燃料噴射弁２０などの各制御部品に接続される。
【００４２】
電子制御ユニット２００は、入力ポート２０５に入力された各種センサの出力信号に基づいて、各制御部品を制御するための制御信号を出力ポート２０６から出力して内燃機関１００を制御する。以下、電子制御ユニット２００が実施する内燃機関１００の制御について説明する。
【００４３】
電子制御ユニット２００は、機関運転状態（機関回転速度及び機関負荷）に基づいて、機関本体１の運転モードを火花点火運転モード（以下「ＳＩ運転モード」という。）、又は圧縮自着火運転モード（以下「ＣＩ運転モード」という。）のいずれかに切り替える。
【００４４】
具体的には電子制御ユニット２００は、機関運転状態が図３に実線で囲まれた自着火領域ＲＲ内にあれば、運転モードをＣＩ運転モードに切り替え、自着火領域ＲＲ以外の領域内にあれば、運転モードをＳＩ運転モードに切り替える。そして電子制御ユニット２００は、各運転モードに応じた燃焼制御を実施する。
【００４５】
電子制御ユニット２００は、運転モードがＳＩ運転モードのときには、基本的に燃焼室１１内に理論空燃比又は理論空燃比近傍の予混合気を形成して点火プラグ１６による点火を行い、その予混合気を火炎伝播燃焼させて機関本体１の運転を行う。
【００４６】
また電子制御ユニット２００は、運転モードがＣＩ運転モードのときには、基本的に燃焼室１１内に理論空燃比よりもリーンな空燃比（例えば３０〜４０程度）の予混合気を形成し、その予混合気を圧縮自着火燃焼させて機関本体１の運転を行う。本実施形態では、予混合気として燃焼室１１内の中央部に可燃層を有し、気筒内壁面の周りに空気層を有する成層予混合気を形成している。なお後述するように、本実施形態では予混合気を燃焼室１１内で圧縮自着火燃焼させるにあたって、燃料の一部を火炎伝播燃焼させ、そのときに生じる熱を用いて残りの燃料を予混合圧縮自着火燃焼させる着火アシスト自着火燃焼を実施している。
【００４７】
予混合圧縮自着火燃焼は、火炎伝播燃焼と比べて空燃比をリーンにしても実施でき、また圧縮比を高くしても実施できる。そのため、予混合圧縮自着火燃焼を実施することで、燃費を向上させることができると共に、熱効率を向上させることができる。また、予混合圧縮自着火燃焼は、火炎伝播燃焼と比べて燃焼温度が低くなるため、ＮＯｘの発生を抑制することができる。さらに燃料の周りには十分な酸素が存在するため、未燃ＨＣの発生も抑制することができる。
【００４８】
なお、予混合圧縮自着火燃焼を実施するには、予混合気を自着火させることが可能な温度まで筒内温度を上昇させる必要があり、ＳＩ運転モード中のように予混合気を燃焼室１１内で全て火炎伝播燃焼させるときよりも筒内温度を高温にする必要がある。そのため本実施形態では、例えば図４Ａ及び図４Ｂに示すように、ＣＩ運転モード中は、排気弁６０が排気行程の他に吸気行程でも開弁するように排気動弁装置６を制御している。このように、排気弁６０を吸気行程中に再度開弁する排気弁２度開き動作を実施することで、排気行程中に自気筒から排出された高温の排気を直後の吸気行程中に自気筒に吸い戻すことができる。これにより筒内温度を上昇させて、各気筒１０の筒内温度を、予混合圧縮自着火燃焼を実施可能な温度に維持している。
【００４９】
図４Ａに示すように、吸気弁５０のリフト量が小さいときに排気弁６０を開弁すれば、
多量の排気を自気筒に吸い戻すことができるので、筒内温度を大きく上昇させることができる。一方で図４Ｂに示すように、吸気弁５０のリフト量がある程度大きくなった後に排気弁６０を開弁すれば、筒内にある程度空気（新気）が吸入された後に排気が吸い戻されることになるので、自気筒に吸い戻す排気の量を抑えて筒内温度の上昇幅を抑えることができる。このように、排気弁２度開き動作を実施するタイミングに応じて、筒内温度の上昇幅を制御することができる。本実施形態では、筒内ガス量中に占めるＥＧＲガス量及び自気筒に吸い戻された排気の量の割合をＥＧＲ率と称する。
【００５０】
予混合気を圧縮自着火燃焼させた場合は、燃焼室１１内に拡散させた燃料が多点で同時期に自着火することになる。そのため、圧縮自着火燃焼によって消費される燃料量が多くなるほど燃焼騒音［ｄＢ］が増大すると共に、予混合気を火炎伝播燃焼させた場合よりも燃焼騒音が増大するという問題がある。
【００５１】
図５は、予混合気を圧縮自着火燃焼させた場合に、圧縮自着火燃焼によって消費された燃料量と、燃焼騒音と、の関係を示した図である。
【００５２】
図５に示すように、予混合気を圧縮自着火燃焼させた場合は、圧縮自着火燃焼によって消費される燃料量が多くなるほど、燃焼騒音が増大することが分かる。
【００５３】
図６は、吸気行程から圧縮行程中の任意の時期（図５の例では−５０［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］）に、燃料噴射弁２０から機関負荷に応じた所定量の燃料を１回だけ噴射して圧縮自着火燃焼を実施した場合のクランク角と熱発生率との関係を示した図である。熱発生率（ｄＱ／ｄθ）［Ｊ／ｄｅｇ．ＣＡ］とは、予混合気の燃焼によって生じる単位クランク角あたりの熱量、すなわち単位クランク角あたりの熱発生量Ｑのことである。なお以下の説明では、このクランク角と熱発生率との関係を示した燃焼波形のことを、必要に応じて「熱発生率パターン」という。
【００５４】
前述したように、予混合気を圧縮自着火燃焼させた場合は、燃焼室１１内に拡散させた燃料が多点で同時期に自着火するので、火炎伝播燃焼させたときよりも燃焼速度が速くなって燃焼期間が短くなる。そのため図６に示すように、予混合気を圧縮自着火燃焼させた場合は、熱発生率パターンのピーク値、及び熱発生率パターンの燃焼初期（図６にハッチングで示した領域）における傾き（ｄ２Ｑ／（ｄθ）２）のそれぞれが比較的大きくなる傾向にある。
【００５５】
燃焼騒音は、この熱発生率パターンのピーク値及び燃焼初期における傾きのそれぞれと相関があり、熱発生率パターンのピーク値が大きくなるほど、またその燃焼初期における傾きが大きくなるほど、大きくなる。そのため、予混合気を圧縮自着火燃焼させた場合は、予混合気を火炎伝播燃焼させたときよりも、燃焼騒音が増大するのである。
【００５６】
熱発生率パターンのピーク値及び燃焼初期における傾きのそれぞれを小さくして燃焼騒音を小さくする方法としては、点火プラグ１６による着火アシストを行って燃料の一部を火炎伝播燃焼させ、そのときに生じる熱を用いて筒内温度を強制的に上昇させることで、残りの燃料を予混合圧縮自着火燃焼させる着火アシスト自着火燃焼を実施する方法がある。このように、燃料の一部を火炎伝播燃焼させることで、予混合圧縮自着火燃焼によって消費される燃料量を制限することができる。そのため、全ての燃料を予混合圧縮自着火燃焼によって消費させる場合と比較して燃焼騒音を下げることができる。
【００５７】
図７は、燃料噴射弁２０から噴射する燃料の総量を変化させることなく、着火アシスト自着火燃焼を実施した場合のクランク角と熱発生率との関係を示した図である。図７において、実線で示した熱発生率パターンＡは、着火アシスト自着火燃焼を実施して予混合気を圧縮自着火燃焼させたときの熱発生率パターンである。破線で示した熱発生率パターンＦは、比較のために示した図６の熱発生率パターンである。
【００５８】
図７に示すように、着火アシストを実施して予混合気を圧縮自着火燃焼させる場合は、まず燃料噴射弁２０からメイン燃料と着火アシスト燃料とを順次噴射する。そしてメイン燃料の噴射を吸気行程から圧縮行程中の任意の時期（図７の例では圧縮行程後半）に実施して燃焼室内に予混合気を形成する。また着火アシスト燃料の噴射を、メイン燃料を噴射した後の圧縮行程後半の任意の時期に実施して、点火プラグ周りにこの予混合気よりもリッチな空燃比のリッチ混合気を形成する。
【００５９】
次に、着火アシスト燃料を噴射した後の圧縮行程後半の任意の時期（図７に示す着火アシスト時期）に、このリッチ混合気に対して点火プラグ１６による点火（着火アシスト）を行って主にこのリッチ混合気を火炎伝播燃焼させ、そのときに生じる熱を用いて筒内温度を強制的に上昇させることで、予混合気を圧縮自着火燃焼させる。
【００６０】
着火アシストを実施した場合、着火アシスト時期から自着火時期までの間は、主にリッチ混合気が火炎伝播燃焼することになる。そのため、図７に示すように、着火アシストを実施した場合の熱発生率パターンＡの燃焼初期における傾きは、熱発生率パターンＦの燃焼初期における傾きよりも小さくなる。
【００６１】
また自着火時期になると、予混合気が圧縮自着火燃焼を起こすことになるが、燃料の一部は既に火炎伝播燃焼によって消費されているので、予混合圧縮自着火燃焼によって消費される燃料量が相対的に減少する。そのため、図７に示すように、着火アシストを実施した場合の熱発生率パターンＡのピーク値も、熱発生率パターンＦのピーク値よりも小さくなる。
【００６２】
ところで、着火アシスト自着火燃焼を実施する場合は、機関運転状態に応じて着火アシスト燃料の噴射量、噴射時期、及び着火アシスト時期の目標値がそれぞれ設定され、各目標値に応じて燃料噴射弁２０及び点火プラグ１６が制御されることになる。
【００６３】
そしてこれらの各目標値は、着火アシスト自着火燃焼を実施したときの熱発生率パターンが、燃焼騒音を所定の許容騒音値以下に抑えることが可能な熱発生率パターンの中で、機関本体１の熱効率や排気エミッションが最良となる熱発生率パターン（以下「目標熱発生率パターン」という。）となるように、予め実験等によって設定されるものである。
【００６４】
一方で機関運転中は、例えば吸気温や吸気圧（過給圧）、吸気弁閉時期、ＥＧＲ率、機関冷却水温などの圧縮自着火燃焼に影響を与えるその他の各パラメータも、それぞれ機関運転状態に応じた目標値に制御されている。そのため、熱発生率パターンが目標発生率パターンとなるように予め実験等によって設定された着火アシスト燃料の噴射量、噴射時期、及び着火アシスト時期の目標値は、前述のその他の各パラメータがそれぞれ機関運転状態に応じた目標値に制御されている状態（以下「定常状態」という。）で設定されたものになる。
【００６５】
したがって、着火アシスト燃料の噴射量、噴射時期、及び着火アシスト時期をそれぞれ機関運転状態に応じた目標値に制御したとしても、過渡的に前述のその他の各パラメータがそれぞれ機関運転状態に応じた目標値に制御されていない状態（以下「過渡状態」という。）のときには、着火アシスト自着火燃焼を実施したときの熱発生率パターンが変化するおそれがある。その結果、過渡状態のときには熱発生率パターンを目標熱発生率パターンにできず、燃焼騒音や機関本体１の熱効率、排気エミッションなどが悪化するおそれがある。
【００６６】
図８は、過渡状態の一例として、吸気温が目標値よりも高温になっている場合に着火アシスト自着火燃焼を実施したときの熱発生率パターンの変化について説明する図である。図８において、実線で示した熱発生率パターンＢは、吸気温が目標値よりも高温になっている場合の熱発生率パターンである。破線で示した熱発生率パターンＡは、図７の熱発生率パターンＡと同じものである。この熱発生率パターンＡが、定常状態で着火アシスト自着火燃焼を実施したときの熱発生率パターンであり、目標熱発生率パターンに相当する。
【００６７】
吸気温が目標値よりも高温になっている場合は、吸気温が目標値に制御されているときと比較して、同じクランク角における筒内温度が高くなる。そのため、図８に示すように、着火アシスト時期が同じでも、吸気温が目標値に制御されているときと比較して、自着火時期が進角する。そうすると、火炎伝播燃焼によって消費される燃料量が想定よりも減少する一方で、予混合圧縮自着火燃焼によって消費される燃料量が想定よりも増加することになる。
【００６８】
したがって、図８に示す通り、熱発生率パターンＢのピーク値及び燃焼初期における傾きは、目標熱発生率パターン（熱発生率パターンＡ）と比較してそれぞれ大きくなり、燃焼騒音が増大することになる。このように、着火アシスト自着火燃焼を実施しても、過渡状態において自着火時期が想定よりも進角してしまうと、燃焼騒音が増大して許容騒音値よりも大きくなるおそれがある。また、自着火時期が想定よりも進角することによって、熱発生率パターンが変化して目標発生率パターンとは異なる熱発生率パターンとなるので、機関本体１の熱効率や排気エミッションも悪化するおそれがある。
【００６９】
なお、吸気圧が目標値よりも高圧になっている場合や、吸気弁閉時期が目標値よりも進角又は遅角していることによって実圧縮比が高くなっている場合なども、これらが目標値に制御されているときと比較して、同じクランク角における筒内温度が高くなる。そのため、これらの場合も同様の現象が生じて燃焼騒音が増大すると共に、機関本体１の熱効率や排気エミッションも悪化するおそれがある。
【００７０】
図９は、過渡状態の一例として、吸気温が目標値よりも低温になっている場合に着火アシスト自着火燃焼を実施したときの熱発生率パターンの変化について説明する図である。図９において、実線で示した熱発生率パターンＣは、吸気温が目標値よりも低温になっている場合の熱発生率パターンである。破線で示した熱発生率パターンＡは、図７の熱発生率パターンＡと同じものであり、目標熱発生率パターンに相当する。
【００７１】
吸気温が目標値よりも低温になっている場合は、吸気温が目標値に制御されているときと比較して、同じクランク角における筒内温度が低くなる。そのため、図９に示すように、着火アシスト時期が同じでも、吸気温が目標値に制御されているときと比較して、自着火時期が遅角する。その結果、火炎伝播燃焼によって消費される燃料量が想定よりも増加し、一方で予混合圧縮自着火燃焼によって消費される燃料量が想定よりも減少してしまう。この場合、燃焼騒音が増大することはないが、自着火時期が想定よりも遅角することによって、熱発生率パターンが変化して目標発生率パターンとは異なる熱発生率パターンとなるので、機関本体１の熱効率や排気エミッションが悪化するおそれがある。
【００７２】
このように過渡状態では、定常状態と比較して燃焼騒音が増大するおそれがあり、また機関本体１の熱効率や排気エミッションが悪化するおそれがある。なお、以下の説明では、過渡状態を特に区別する必要があるときは、図８を参照して説明したように燃焼騒音が定常状態よりも悪化する過渡状態のことを、「第１過渡状態（騒音過渡状態）」という。一方、図９を参照して説明したように定常状態に対して燃焼騒音自体は悪化しない過渡状態のことを「第２過渡状態」という。
【００７３】
ここで、過渡状態になって自着火時期が想定よりも進角又は遅角したときの熱発生率パターンの変化に対する対処方法としては、着火アシスト燃料の噴射時期及び着火アシスト時期を遅角又は進角させることで、自着火時期を遅角又は進角させる方法が考えられる。
【００７４】
この方法によれば、熱発生率パターンの変化をある程度抑制することができる。しかしながら、第１過渡状態になったときの燃焼騒音に関しては、十分に抑制できない場合がある。以下、図１０を参照してこの点について説明する。
【００７５】
図１０は、第１過渡状態になった場合に、着火アシスト燃料の噴射時期及び着火アシスト時期を遅角させることで、自着火時期を遅角させたときの熱発生率パターンの変化について説明する図である。図１０において、実線で示した熱発生率パターンＤは、第１過渡状態になった場合に自着火時期を遅角させときの熱発生率パターンである。破線で示した熱発生率パターンＡは、図７の熱発生率パターンＡと同じものであり、目標熱発生率パターンに相当する。一点鎖線で示した熱発生率パターンＢは、図８の熱発生率パターンＢと同じものであり、第１過渡状態になった場合に自着火時期を遅角させなかったときの熱発生率パターンに相当する。
【００７６】
図１０に示すように、第１過渡状態になったときに、着火アシスト燃料の噴射時期及び着火アシスト時期を遅角させて自着火時期を遅角させることで、第１過渡状態における熱発生率パターンＤの燃焼重心位置（燃料の燃焼割合が５０％となる位置であり、概ね熱発生率がピーク値になる位置）を目標熱発生率パターンＡの燃焼重心位置に近づけることができる。そのため、熱発生率パターンＤを目標熱発生率パターンＡにある程度近づけることができる。しかしながら、着火アシスト時期を遅角させることになるため、着火アシスト時期における筒内温度が相対的に上昇する。そのため結局のところ、着火アシスト時期から自着火時期までの期間が短くなってしまい、その分だけ火炎伝播燃焼によって消費される燃料量が減少する。したがって、図１０に示すように、熱発生率パターンＤのピーク値及び燃焼初期における傾きは、目標熱発生率パターンＡと比較して大きくなってしまい、燃焼騒音の悪化を十分に抑制できないのである。
【００７７】
そこで本実施形態では、燃焼室１１内へのオゾン供給量を制御することで、過渡状態になったときの熱発生率パターンの変化を抑制することとし、特に第１過渡状態になったときの燃焼騒音の悪化を抑制することとした。
【００７８】
燃焼室１１内に供給されたオゾンは、燃焼室１１内の温度が所定温度（例えば５００［Ｋ］から６００［Ｋ］程度）まで上昇すると分解されて、活性種の一種である酸素ラジカルを発生させる。酸素ラジカルは、燃料分子に作用することで燃料の自着火性を高めることが知られており、燃焼室１１内に存在する酸素ラジカル量が多くなるほど、予混合気の自着火時期が早くなる。すなわち、オゾン供給量を多くするほど、予混合気の自着火時期を早めることができる。そのため、予混合気を圧縮自着火燃焼させる場合は、燃焼室１１内の酸素ラジカル量に応じて燃焼波形（熱発生率パターンの形状）が変化することになる。
【００７９】
一方で酸素ラジカルは、燃料を火炎伝播燃焼させた際の当該火炎伝播燃焼の燃焼速度に対してはほとんど影響を与えない。そのため、酸素ラジカルの有無やその量にかかわらず、火炎伝播燃焼中の燃焼波形（熱発生率パターンの形状）はほとんど変化しない。
【００８０】
したがって、燃焼室１１内に予め決められた基準量のオゾンを供給した状態で、着火アシスト自着火燃焼を実施するようにしておけば、過渡状態となったときに、オゾン供給量を変更することで、火炎伝播燃焼中の燃焼波形（熱発生率パターンの形状）を変化させることなく、自着火時期だけを変更することができる。
【００８１】
図１１は、第１過渡状態になっている場合に着火アシスト自着火燃焼を実施したときの、燃焼室１１内へのオゾン供給量の相違による熱発生率パターンの変化について説明する図である。
【００８２】
図１１において、熱発生率パターンＢ’は、図８の熱発生率パターンＢと同形状の熱発生率パターンであり、第１過渡状態になっている場合に、燃焼室１１内へのオゾン供給量を基準量に制御した状態で着火アシスト自着火燃焼を実施したときの熱発生パターンである。
【００８３】
熱発生率パターンＥ、Ａ’、Ｃ’はそれぞれ、第１過渡状態になっている場合に、燃焼室１１内へのオゾン供給量を基準量より少なくした状態で着火アシスト自着火燃焼を実施したときの熱発生パターンである。燃焼室１１内へのオゾン供給量は、熱発生率パターンＥ、Ａ’、Ｃ’の順で基準量よりも少なくしている。なお、熱発生率パターンＡ’は、図７の熱発生率パターンＡと同形状の熱発生率パターンであり、目標熱発生率パターンに相当する。熱発生率パターンＣ’は、図９の熱発生率パターンＣと同形状の熱発生率パターンである。
【００８４】
このように、燃焼室１１内に予め決められた基準量のオゾンを供給した状態で、着火アシスト自着火燃焼を実施するようにしておけば、第１過渡状態となったときに、オゾン供給量を基準量よりも少なくすることで、火炎伝播燃焼中の燃焼波形（熱発生率パターンの形状）を変化させることなく、自着火時期だけを遅角させることができる。そのため、図１１に示すように、オゾン供給量を適切に制御することで、第１過渡状態における熱発生率パターンを目標熱発生率パターンにすることができる。
【００８５】
以下、この本実施形態によるＣＩ運転モード中における燃焼制御について説明する。
【００８６】
図１２は、本実施形態によるＣＩ運転モード中の燃焼制御について説明するフローチャートである。電子制御ユニット２００は、本ルーチンをＣＩ運転モード中に所定の演算周期（例えば１０［ｍｓ］）で繰り返し実行する。
【００８７】
ステップＳ１において、電子制御ユニット２００は、クランク角センサ２１８の出力信号に基づいて算出された機関回転速度と、負荷センサ２１７によって検出された機関負荷と、を読み込み、機関運転状態を検出する。
【００８８】
ステップＳ２において、電子制御ユニット２００は、予め実験等によって作成されたテーブルを参照し、機関負荷に基づいて、メイン燃料の目標噴射量ＱＩＮＪ１及び着火アシスト燃料の目標噴射量ＱＩＮＪ２を算出する。メイン燃料の目標噴射量ＱＩＮＪ１と着火アシスト燃料の目標噴射量ＱＩＮＪ２と足し合わせた総燃料噴射量ＱＩＮＪは、機関負荷が高くなるほど多くなる。
【００８９】
ステップＳ３において、電子制御ユニット２００は、予め実験等によって作成されたマップを参照し、機関運転状態に基づいて、メイン燃料の目標噴射時期ＡＩＮＪ１、着火アシスト燃料の目標噴射時期ＡＩＮＪ２、及び点火プラグ１６による目標着火アシスト時期ＩＧを算出する。
【００９０】
本実施形態では、メイン燃料の目標噴射時期ＡＩＮＪ１は、運転状態に基づいて圧縮行程後半の任意の時期（例えば３０［ｄｅｇ．ＢＴＤＣ］から８０［ｄｅｇ．ＢＴＤＣ］）に設定される。
【００９１】
また本実施形態では、着火アシスト燃料の目標噴射時期ＡＩＮＪ２は、機関運転状態に基づいてメイン燃料の目標噴射時期ＡＩＮＪ１よりも遅角側の圧縮行程後半の任意の時期（例えば１０［ｄｅｇ．ＢＴＤＣ］から３５［ｄｅｇ．ＢＴＤＣ］）に設定される。
【００９２】
また本実施形態では、目標着火アシスト時期ＩＧは、機関運転状態に基づいて、着火アシスト燃料の目標噴射時期ＡＩＮＪ２よりも進角側又は遅角側の時期であって、着火アシスト燃料の目標噴射時期ＡＩＮＪ２の近傍の任意の時期（例えば着火アシスト燃料の目標噴射時期ＡＩＮＪ２が１５［ｄｅｇ．ＢＴＤＣ］であれば、１８［ｄｅｇ．ＢＴＤＣ］から１０［ｄｅｇ．ＢＴＤＣ］）に設定される。
【００９３】
なお電子制御ユニット２００は、これらメイン燃料の目標噴射時期ＡＩＮＪ１などの目標値以外にも、本フローチャートとは別途に目標吸気温や目標吸気圧、目標吸気弁閉時期といった吸排気弁の目標バルブタイミングなどを機関運転状態に基づいて算出しており、算出した目標値となるように各種の制御部品を制御している。
【００９４】
ステップＳ４において、電子制御ユニット２００は、目標吸気弁閉時期における筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔ、すなわち初期筒内状態を推定する。本実施形態では電子制御ユニット２００は、初期筒内状態の推定モデルを用いて初期筒内状態を推定する。初期筒内状態の推定モデルは、吸気量や吸気温、吸気圧、機関冷却水温などの筒内状態に影響を与えるパラメータを入力値として、目標吸気弁閉時期における筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔを推定する物理演算モデルである。
【００９５】
ステップＳ５において、電子制御ユニット２００は、着火アシスト自着火燃焼を行った場合におけるメイン燃料の目標噴射時期からの筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔの推移を算出する。
【００９６】
本実施形態では電子制御ユニット２００は、まず筒内状態の推移モデルを用いて、吸気弁閉時期からの筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔの推移を推定する。筒内状態の推移モデルは、初期筒内状態から筒内状態がどのように変化していくかを推定するための物理演算モデルであり、目標吸気弁閉時期における筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔを入力値とし、圧縮行程中の筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔがポリトロープ変化すると仮定して、目標吸気弁閉時期からの筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔの推移を推定する。
【００９７】
ここで着火アシストを実施した場合は、筒内状態の推移モデルを用いて推定した吸気弁閉時期からの筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔの推移に対し、着火アシストによって生じる熱量分だけ目標着火アシスト時期からの筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔの推移が変化する。
【００９８】
そこで電子制御ユニット２００は、次に、着火アシスト燃料の目標噴射量、目標噴射時期、及び点火プラグ１６による目標着火アシスト時期に基づいて、目標着火アシスト時期からの筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔの推移を補正して、着火アシスト自着火燃焼を行った場合におけるメイン燃料の目標噴射時期からの筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔの推移を算出する。
【００９９】
ステップＳ６において、電子制御ユニット２００は、着火アシスト自着火燃焼を行った場合におけるメイン燃料の目標噴射時期からの筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔの推移を用い、Livengood-Wuの積分式に基づく下記の（１）式から、予混合気の予想自着火時期［ｄｅｇ．ＣＡ］を算出する。
【数１】
2017186984.tif 000003
【０１００】
（１）式のτは、燃焼室１１内に噴射された燃料が自着火に至るまでの時間（以下「着火遅れ時間」という。）である。Ｐは筒内圧力、Ｔは筒内温度、φは当量比、ＯＮはオクタン価、ＲＥＳは残留ガス割合（ＥＧＲ率）、Ｅは活性化エネルギ、Ｒは一般ガス定数である。Ａ、α、β、γ、δ（Ａ、α、β、δ＞０、γ＜０）は、それぞれ同定定数である。
【０１０１】
（１）式において、燃料を噴射してからの着火遅れ時間の逆数（１／τ）を時間積分したときに、積分値が１となる時間ｔｅが着火遅れ時間τとなる。したがって、筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔにおける着火遅れ時間の逆数（１／τ）を、メイン燃料の噴射時期から時間積分したときに、積分値が１となる時間ｔｅに相当するクランク角度量をメイン燃料の噴射時期に加えた時期が、予混合気の予想自着火時期となる。
【０１０２】
ステップＳ７において、電子制御ユニット２００は、予め実験等によって作成されたマップを参照し、機関運転状態に基づいて、目標自着火時期［ｄｅｇ．ＣＡ］を算出する。この目標自着火時期は、定常状態で予め一定量のオゾンを供給しつつ着火アシストを実施して予混合気を圧縮自着火燃焼させた場合の熱発生率パターンが、目標熱発生率パターンとなる予混合気の自着火時期である。
【０１０３】
ステップＳ８において、電子制御ユニット２００は、着火アシスト自着火燃焼を実施した場合に、燃焼騒音が許容騒音値よりも増大する第１過渡状態（騒音過渡状態）であるか否かを判定する。具体的には電子制御ユニット２００は、目標自着火時期に対する予想自着火時期の進角側へのズレ量（以下「進角ズレ量」という。）Ｔｉｇａ（＝目標自着火時期−予想自着火時期）が所定の第１閾値よりも大きいか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、進角ズレ量Ｔｉｇａが第１閾値よりも大きければ、予想自着火時期を目標自着火時期まで遅角させるべく、ステップＳ９の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、進角ズレ量Ｔｉｇａが第１閾値以下であれば、ステップＳ１１の処理に進む。
【０１０４】
ステップＳ９において、電子制御ユニット２００は、図１３に示すテーブルを参照し、進角ズレ量Ｔｉｇａに基づいて、第１過渡状態になったときの目標オゾン供給量（以下「第１目標オゾン供給量」という。）を算出する。図１３のテーブルに示すように、第１目標オゾン供給量は、進角ズレ量Ｔｉｇａが大きくなるほど、基準量（定常状態のオゾン供給量）よりも少なくなり、進角ズレ量Ｔｉｇａがある一定量以上になるとゼロになる。これは、目標自着火時期に対して予想自着火時期が進角側にずれるほど、着火アシスト時期から自着火時期までの期間が短くなって、燃焼騒音が増大するためである。
【０１０５】
ステップＳ１０において、電子制御ユニット２００は、燃焼室１１内へのオゾン供給量が、基準量よりも少ない第１目標オゾン供給量となるようにオゾン供給装置を制御すると共に、ステップＳ２及びステップＳ３で算出した各目標値に応じて燃料噴射弁２０及び点火プラグ１６を制御して、着火アシスト自着火燃焼を実施する。
【０１０６】
ステップＳ１１において、電子制御ユニット２００は、第２過渡状態であるか否かを判定する。具体的には電子制御ユニット２００は、目標自着火時期に対する予想自着火時期の遅角側へのズレ量（以下「遅角ズレ量」という。）Ｔｉｇｒ（＝予想自着火時期−目標自着火時期）が所定の第２閾値よりも大きいか否かを判定する。本実施形態では、第１閾値と第２閾値とを同じ値としているが、異なる値としても良い。電子制御ユニット２００は、遅角ズレ量Ｔｉｇｒが第２閾値よりも大きければ、予想自着火時期を目標自着火時期まで進角させるべく、ステップＳ１２の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、遅角ズレ量Ｔｉｇｒが第２閾値以下であれば、ステップＳ１４の処理に進む。
【０１０７】
ステップＳ１２において、電子制御ユニット２００は、図１４に示すテーブルを参照し、遅角ズレ量Ｔｉｇｒに基づいて、第２過渡状態になったときの目標オゾン供給量（以下「第２目標オゾン供給量」という。）を算出する。図１４のテーブルに示すように、第２目標オゾン供給量は、遅角ズレ量Ｔｉｇｒが大きくなるほど、基準量（定常状態のオゾン供給量）よりも多くなる。これは、目標自着火時期に対して予想自着火時期が遅角側にずれるほど、着火アシスト時期から自着火時期までの期間が短くなって、燃焼騒音が増大するためである。
【０１０８】
ステップＳ１３において、電子制御ユニット２００は、燃焼室１１内へのオゾン供給量が、基準量よりも多い第２目標オゾン供給量となるようにオゾン供給装置を制御すると共に、ステップＳ２及びステップＳ３で算出した各目標値に応じて燃料噴射弁２０及び点火プラグ１６を制御して、着火アシスト自着火燃焼を実施する。
【０１０９】
ステップＳ１４において、電子制御ユニット２００は、燃焼室１１内へのオゾン供給量が基準量となるようにオゾン供給装置を制御すると共に、ステップＳ２及びステップＳ３で算出した各目標値に応じて燃料噴射弁２０及び点火プラグ１６を制御して、着火アシスト自着火燃焼を実施する。
【０１１０】
以上説明した本実施形態によれば、機関本体１と、機関本体１の燃焼室１１に直接燃料を噴射するための燃料噴射弁２０と、燃焼室１１内に臨むように配置された点火プラグ１６と、燃焼室１１に直接又は間接的にオゾンを供給するためのオゾン供給装置８と、を備える内燃機関１００を制御する電子制御ユニット２００（制御装置）が、燃料の一部を点火プラグ１６によって火炎伝播燃焼させ、そのときに生じる熱を用いて残りの燃料を予混合圧縮自着火燃焼させる着火アシスト自着火燃焼が燃焼室１１内で生じるように、燃料噴射弁２０の噴射量及び噴射時期と点火プラグ１６の点火時期とを制御する燃焼制御部と、着火アシスト自着火燃焼を実施した場合に、機関運転状態が定常状態であるか、又は燃焼騒音が所定の許容騒音値よりも増大する第１過渡状態（騒音過渡状態）であるかを判定する運転状態判定部と、オゾン供給装置８によるオゾン供給量を制御するオゾン供給量制御部と、を備えるように構成されている。
【０１１１】
そしてオゾン供給量制御部は、定常状態であると判定されたときにはオゾン供給量を所定の基準量に制御し、第１過渡状態であると判定されたときにはオゾン供給量を基準量よりも少ない供給量に制御するか、又はオゾン供給量をゼロとするように構成されている。
【０１１２】
このように、定常状態であるときには、基準量のオゾンを供給して着火アシスト自着火燃焼を実施するようにしておくことで、第１過渡状態になったときにオゾン供給量を基準量よりも少ない供給量に制御するか、又はオゾン供給量をゼロとすることで、火炎伝播燃焼中の燃焼波形（熱発生率パターンの形状）を変化させることなく、自着火時期だけを遅角させることができる。
【０１１３】
そのため、着火アシスト自着火燃焼を実施したときに自着火時期が想定よりも進角してしまう第１過渡状態において、火炎伝播燃焼中の燃焼波形（熱発生率パターンの形状）を変化させることなく、自着火時期だけを遅角させることができる。そのため、予混合圧縮自着火燃焼によって消費される燃料量が増加するのを抑制できるので、第１過渡状態における燃焼騒音の悪化を抑制することができる。また、これにより第１過渡状態において生じる熱発生率パターンの目標熱発生率パターンからのズレも修正されるので、機関本体１の熱効率の悪化や排気エミッションの悪化も抑制することができる。
【０１１４】
また運転状態判定部は、着火アシスト自着火燃焼を実施したときの筒内状態の推移を推定する筒内状態推定部と、筒内状態の推移に基づいて、残りの燃料の予想自着火時期を算出する予想自着火時期算出部と、機関運転状態に基づいて、残りの燃料の目標自着火時期を算出する目標自着火時期算出部と、目標自着火時期に対する予想自着火時期の進角側への進角ズレ量を算出する進角ズレ量算出部と、を含み、進角ズレ量が第１閾値（所定閾値）よりも大きいときに第１過渡状態（騒音過渡状態）であると判定するように構成されている。
【０１１５】
このように、目標自着火時期に対する予想自着火時期の進角側への進角ズレ量に基づいて第１過渡状態であるか否かを判定することで、その判定を正確に実施することができる。
【０１１６】
そしてオゾン供給量制御部は、騒音過渡状態であると判定されたときには、進角ズレ量が大きくなるほど、オゾン供給量を基準量よりも少なくするように構成されている。
【０１１７】
これによりオゾン供給量を、燃焼騒音の増大量に応じた適切な供給量に制御して、燃焼騒音の悪化を効果的に抑制することができる。これは、進角ズレ量が大きくなるほど、着火アシスト時期から自着火時期までの期間が短くなり、圧縮自着火燃焼によって消費される燃料量が相対的に増加して燃焼騒音が増大するためである。
【０１１８】
また本実施形態による電子制御ユニット２００は、目標自着火時期に対する予想自着火時期の遅角側への遅角ズレ量を算出する遅角ズレ量算出部をさらに備えるように構成されている。そして、オゾン供給量制御部は、遅角ズレ量が第２閾値（所定閾値）よりも大きい場合は、オゾン供給量を基準量に制御せずに、当該基準量よりも多い供給量に制御するようにさらに構成されている。
【０１１９】
これにより、第２過渡状態において生じる熱発生率パターンの目標熱発生率パターンからのズレを修正することができる。そのため第２過渡状態において、この熱発生率パターンのズレに起因する機関本体１の熱効率の悪化や排気エミッションも悪化を抑制することができる。
【０１２０】
さらにオゾン供給量制御部は、遅角ズレ量が大きくなるほど、オゾン供給量を基準量よりも多くするように構成されている。
【０１２１】
これによりオゾン供給量を、機関本体１の熱効率の悪化度合いや排気エミッションも悪化度合いに応じた適切な供給量に制御して、第２過渡状態における機関本体１の熱効率の悪化や排気エミッションも悪化を効果的に抑制することができる。これは、遅角ズレ量が大きくなるほど、熱発生率パターンのズレが大きくなって、機関本体１の熱効率や排気エミッションの悪化度合いが大きくなるためである。
【０１２２】
また本実施形態を別の観点から捉えれば、機関本体１と、機関本体１の燃焼室１１に直接燃料を噴射するための燃料噴射弁２０と、燃焼室１１内に臨むように配置された点火プラグ１６と、燃焼室１１に直接又は間接的にオゾンを供給するためのオゾン供給装置８と、と、を備える内燃機関１００を制御する電子制御ユニット２００（制御装置）が、燃料の一部を点火プラグ１６によって火炎伝播燃焼させ、そのときに生じる熱を用いて残りの燃料を予混合圧縮自着火燃焼させる着火アシスト自着火燃焼が燃焼室１１内で生じるように、燃料噴射弁２０の噴射量及び噴射時期と点火プラグ１６の点火時期とを制御する燃焼制御部と、着火アシスト自着火燃焼を実施したときの筒内状態の推移を推定する筒内状態推定部と、筒内状態の推移に基づいて残りの燃料の予想自着火時期を算出する予想自着火時期算出部と、機関運転状態に基づいて残りの燃料の目標自着火時期を算出する目標自着火時期算出部と、目標自着火時期と予想自着火時期との差分に基づいて、オゾン供給量を制御するオゾン供給量制御部と、を備えるように構成されていると言える。
【０１２３】
このように、目標自着火時期と予想自着火時期との差分に基づいてオゾン供給量を制御することで、過渡状態になったときに火炎伝播燃焼中の燃焼波形（熱発生率パターンの形状）を変化させることなく、自着火時期だけを遅角又は進角させることができる。そのため、過渡状態における熱発生率パターンの目標熱発生率パターンからのズレを抑制できる。結果として、燃焼騒音の悪化や機関本体１の熱効率の悪化、排気エミッションの悪化を抑制できる。
【０１２４】
（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、自着火領域ＲＲ内において機関負荷が所定負荷以上のときに、オゾン供給量を制御して燃焼騒音の悪化を抑制する点で第１実施形態と相違する。以下、この相違点を中心に説明する。
【０１２５】
図５を参照して前述したように、予混合気を圧縮自着火燃焼させた場合は、圧縮自着火燃焼によって消費される燃料量が多くなるほど、燃焼騒音が増大する。そのため、そもそも総燃料噴射量ＱＩＮＪが少ない機関低負荷領域では、第１過渡状態になって燃焼騒音が増大したとしても、許容騒音値以下に収まる場合がある。したがって、このような機関低負荷領域では、第１過渡状態となったときに、必ずしもオゾン供給量を基準量から減量して燃焼騒音の悪化を抑制する必要はない。
【０１２６】
ここでメイン燃料の目標噴射時期ＡＩＮＪ１は、基本的に機関回転速度が高くなるほど、また機関負荷が高くなるほど進角される傾向にある。したがって、例えばメイン燃料の目標噴射時期ＡＩＮＪ１を機関負荷が高くなるほど進角させていた場合は、メイン燃料の噴射時期は、機関負荷が低くなるほど遅角されることになる。そうすると、メイン燃料の噴射時期は、機関低負荷領域では圧縮行程の比較的後半に設定されることになる。そのため、メイン燃料は、筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔが比較的高いときに燃焼室１１内に噴射されることになる。
【０１２７】
オゾンは、筒内圧力Ｐ及び筒内温度Ｔが高くなるほど酸素に変化しやすい。そのため、機関低負荷領域では、メイン燃料が噴射されるまでの間に、酸素ラジカルを発生させることなく酸素に変化してしまうオゾン量が増加することになる。そうすると、メイン燃料の噴射後に、そのメイン燃料と反応する酸素ラジカル量が減少することなる。このため、機関低負荷領域では、オゾン供給量を制御することによる自着火時期の制御性が悪化するおそれがある。
【０１２８】
そこで本実施形態では、図１５に示すように、自着火領域ＲＲ内において機関負荷が所定負荷以上の騒音対策領域にある場合には、第１過渡状態となったときにオゾン供給量を基準量から減量して燃焼騒音の悪化を抑制し、自着火領域ＲＲ内の騒音対策領域外にある場合には、着火アシスト燃料の噴射時期及び着火アシスト時期を目標値よりも遅角させることで、燃焼騒音の悪化を抑制することとした。
【０１２９】
これにより、騒音対策領域においては、オゾン供給量を制御することによって自着火時期を容易に制御でき、また燃焼騒音を許容騒音値以下に収めることができる。一方で騒音対策領域外においては、着火アシスト燃料の噴射時期及び着火アシスト時期を目標値よりも遅角させることによって、自着火時期の制御性を悪化させることなく、自着火時期を容易に制御できる。
【０１３０】
図１６は、本実施形態によるＣＩ運転モード中の燃焼制御について説明するフローチャートである。電子制御ユニット２００は、本ルーチンをＣＩ運転モード中に所定の演算周期（例えば１０［ｍｓ］）で繰り返し実行する。
【０１３１】
ステップＳ１からステップＳ１４までの処理は、第１実施形態と同様の処理なので、ここでは説明を省略する。
【０１３２】
ステップＳ２１において、電子制御ユニット２００は、機関運転状態が騒音対策領域にあるか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、機関運転状態が騒音対策領域にあれば、ステップＳ９の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、機関運転状態が自着火領域ＲＲ内の騒音対策領域外にあれば、ステップＳ２２の処理に進む。
【０１３３】
ステップＳ２２において、電子制御ユニット２００は、燃焼室１１内へのオゾン供給量が基準量となるようにオゾン供給装置８を制御すると共に、ステップＳ３で算出した着火アシスト燃料の噴射時期及び着火アシスト時期の各目標値を進角ズレ量Ｔｉｇａだけ遅角させて、着火アシスト自着火燃焼を実施する。
【０１３４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【０１３５】
例えば上記の各実施形態では、第２過渡状態であると判定されたときに、オゾン供給量を基準量よりも多くすることで、熱発生率パターンが目標熱発生率パターンに対して変化するのを抑制していた。しかしながら、第２過渡状態では燃焼騒音自体は問題とならないので、着火アシスト燃料の噴射時期及び着火アシスト時期を進角することで、熱発生率パターンが目標熱発生率パターンに対して変化するのを抑制しても良い。
【０１３６】
また上記第２実施形態では、ステップＳ２２において、燃焼室１１内に基準量のオゾンを供給していたが、オゾン供給せずに着火アシスト燃料の噴射時期及び着火アシスト時期を遅角させて、着火アシスト自着火燃焼を実施するようにしても良い。
【符号の説明】
【０１３７】
１    機関本体
８    オゾン供給装置
１１    燃焼室
１６    点火プラグ
２０    燃料噴射弁
１００    内燃機関
２００    電子制御ユニット（制御装置）
【図１】
2017186984.tif 000004
【図２】
2017186984.tif 000005
【図３】
2017186984.tif 000006
【図４Ａ】
2017186984.tif 000007
【図４Ｂ】
2017186984.tif 000008
【図５】
2017186984.tif 000009
【図６】
2017186984.tif 000010
【図７】
2017186984.tif 000011
【図８】
2017186984.tif 000012
【図９】
2017186984.tif 000013
【図１０】
2017186984.tif 000014
【図１１】
2017186984.tif 000015
【図１２】
2017186984.tif 000016
【図１３】
2017186984.tif 000017
【図１４】
2017186984.tif 000018
【図１５】
2017186984.tif 000019
【図１６】
2017186984.tif 000020