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JP2018096215A - Control device for internal combustion engine - Google Patents

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JP2018096215A
JP2018096215A JP2016238685A JP2016238685A JP2018096215A JP 2018096215 A JP2018096215 A JP 2018096215A JP 2016238685 A JP2016238685 A JP 2016238685A JP 2016238685 A JP2016238685 A JP 2016238685A JP 2018096215 A JP2018096215 A JP 2018096215A
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JP
Japan
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fuel
ignition
combustion
ozone supply
injection
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Application number
JP2016238685A
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Japanese (ja)
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山田 諒
Makoto Yamada
諒 山田
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Abstract

【課題】オゾン供給装置が故障したときであっても、失火等の発生を抑制しつつ、燃焼騒音の増大を抑制する。【解決手段】内燃機関の制御装置は、燃料噴射弁31、点火プラグ16及びオゾン供給装置を制御する制御部を備える。制御部は、燃料噴射弁からメイン燃料の噴射と着火アシスト燃料の噴射とを順次行うと共に、着火アシスト燃料の噴射によって形成された混合気を点火プラグによって火炎伝播燃焼させると共に残りの燃料を予混合圧縮自着火燃焼させる。また、制御部は、故障診断部によりオゾン供給装置が故障していると判定され且つ機関運転状態がオゾン供給領域内にある場合、燃焼安定性が低いときには、着火アシスト燃料の噴射時期及び点火時期を進角させると共に着火アシスト燃料の噴射割合を増大させ、燃焼騒音が大きいときには、着火アシスト燃料の噴射割合を増大させると共に着火アシスト燃料の噴射時期及び点火時期は変更しない。【選択図】図16Even when an ozone supply device fails, an increase in combustion noise is suppressed while suppressing the occurrence of misfire and the like. A control device for an internal combustion engine includes a control unit that controls a fuel injection valve 31, a spark plug 16, and an ozone supply device. The controller sequentially injects the main fuel and the ignition assist fuel from the fuel injection valve, and causes the air-fuel mixture formed by the injection of the ignition assist fuel to be flame-propagated and combusted by the spark plug, and the remaining fuel is premixed. Compressive self-ignition combustion. In addition, when it is determined by the failure diagnosis unit that the ozone supply device has failed and the engine operating state is within the ozone supply region, and the combustion stability is low, the injection timing and ignition timing of the ignition assist fuel are low. Is advanced and the injection ratio of the ignition assist fuel is increased. When the combustion noise is large, the injection ratio of the ignition assist fuel is increased and the injection timing and ignition timing of the ignition assist fuel are not changed. [Selection] Figure 16

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。   The present invention relates to a control device for an internal combustion engine.

従来から、予混合圧縮自着火燃焼を行う内燃機関が知られている。斯かる内燃機関では、混合気の安定した自着火を実現するために、燃焼室内にオゾンを供給することが提案されている。   Conventionally, an internal combustion engine that performs premixed compression auto-ignition combustion is known. In such an internal combustion engine, it has been proposed to supply ozone into the combustion chamber in order to achieve stable self-ignition of the air-fuel mixture.

また、斯かる内燃機関では、燃焼室内にオゾンを供給するオゾン供給装置が故障すると、燃焼室における混合気の自着火が安定して発生しなくなり、熱効率低下や失火等が発生する。そこで、オゾン供給装置が故障した場合には、予混合圧縮自着火燃焼を維持すべく、目標空燃比をリッチ側に変更することが提案されている(例えば、特許文献1)。   Further, in such an internal combustion engine, when the ozone supply device that supplies ozone into the combustion chamber fails, the self-ignition of the air-fuel mixture in the combustion chamber does not occur stably, resulting in a decrease in thermal efficiency or misfire. Thus, it has been proposed that when the ozone supply device fails, the target air-fuel ratio is changed to the rich side in order to maintain premixed compression self-ignition combustion (for example, Patent Document 1).

特開2014−169664号公報JP 2014-169664 A 特開2007−263065号公報JP 2007-263065 A

ところで、予混合圧縮自着火燃焼における燃焼騒音を低減するために、オゾン供給装置から燃焼室にオゾンを供給することが提案されている。具体的な手法としては、例えば、燃焼室内にオゾンを層状に供給することが挙げられる。これにより、オゾン濃度の高い領域では混合気が早期に自着火し、オゾン濃度の低い領域ではこれよりも遅く混合気が自着火するため、燃焼室内での混合気の自着火時期が分散し、その結果、燃焼騒音が低減されることになる。   By the way, in order to reduce the combustion noise in the premixed compression auto-ignition combustion, it has been proposed to supply ozone from the ozone supply device to the combustion chamber. As a specific method, for example, ozone is supplied into the combustion chamber in a layered manner. As a result, the air-fuel mixture self-ignites early in the region where the ozone concentration is high, and the air-fuel mixture self-ignites later in the region where the ozone concentration is low, so the self-ignition timing of the air-fuel mixture in the combustion chamber is dispersed, As a result, combustion noise is reduced.

これに対して、オゾン供給装置が故障した場合、燃焼室内での混合気の自着火時期が分散されなくなり、燃焼騒音が増大する。また、特許文献1のようにオゾン供給装置の故障時に目標空燃比をリッチ側に変更しても自着火時期は分散せず、よって燃焼騒音の増大を抑制することはできない。   On the other hand, when the ozone supply device fails, the self-ignition timing of the air-fuel mixture in the combustion chamber is not dispersed and combustion noise increases. Moreover, even if the target air-fuel ratio is changed to the rich side at the time of failure of the ozone supply device as in Patent Document 1, the auto-ignition timing is not dispersed, and thus increase in combustion noise cannot be suppressed.

本発明は、斯かる課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、オゾン供給装置が故障したときであっても、失火等の発生を抑制しつつ、燃焼騒音の増大を抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such a problem, and an object thereof is to suppress an increase in combustion noise while suppressing the occurrence of misfire or the like even when the ozone supply device fails. An object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その要旨は以下のとおりである。   The present invention has been made to solve the above problems, and the gist thereof is as follows.

(1)燃焼室内に直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁と、燃焼室内の混合気に点火する点火プラグと、燃焼室内に直接的に又は間接的にオゾンを供給するオゾン供給装置とを備えた内燃機関を制御する、内燃機関の制御装置であって、燃焼安定性を表すパラメータの値を検出する燃焼安定性検出部と、燃焼騒音を表すパラメータの値を検出する燃焼騒音検出部と、前記オゾン供給装置の故障診断を行う故障診断部と、前記燃料噴射弁、前記点火プラグ及び前記オゾン供給装置を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記燃料噴射弁からメイン燃料の噴射と着火アシスト燃料の噴射とを順次行うと共に、前記着火アシスト燃料の噴射によって形成された混合気を前記点火プラグによって火炎伝播燃焼させると共に該火炎伝播燃焼によって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ように前記メイン燃料及び前記着火アシスト燃料の噴射量及び噴射時期並びに前記点火プラグによる点火時期を制御する着火アシスト制御を実行可能であり、前記制御部は、機関運転状態が所定のオゾン供給領域内にあるときには前記オゾン供給装置からオゾンを供給させ、前記制御部は、前記故障診断部により前記オゾン供給装置が故障していると判定され且つ機関運転状態が前記オゾン供給領域内にある場合には、前記燃焼安定性検出部によって検出された燃焼安定性を表すパラメータの値が所定の第1閾値よりも不安定側の値であるときには、該第1閾値よりも安定側の値であるときに比べて、前記着火アシスト燃料の噴射時期及び前記点火時期を進角させると共に総燃料噴射量に対する前記着火アシスト燃料の噴射量の割合を増大させ、前記制御部は、前記故障診断部により前記オゾン供給装置が故障していると判定され且つ機関運転状態が前記オゾン供給領域内にある場合には、前記燃焼騒音検出部によって検出された燃焼騒音を表すパラメータの値が所定の第2閾値よりも騒音が大きい側の値であるときには、該第2閾値よりも騒音が小さい側の値であるときに比べて、総燃料噴射量に対する前記着火アシスト燃料の噴射量の割合を増大させると共に前記着火アシスト燃料の噴射時期及び前記点火時期は変更しない、内燃機関の制御装置。   (1) A fuel injection valve that directly injects fuel into the combustion chamber, an ignition plug that ignites an air-fuel mixture in the combustion chamber, and an ozone supply device that supplies ozone directly or indirectly into the combustion chamber. A control device for an internal combustion engine for controlling the internal combustion engine, the combustion stability detection unit detecting a parameter value representing combustion stability, a combustion noise detection unit detecting a parameter value representing combustion noise, A failure diagnosis unit that performs failure diagnosis of the ozone supply device; and a control unit that controls the fuel injection valve, the spark plug, and the ozone supply device, wherein the control unit injects main fuel from the fuel injection valve. And the ignition assist fuel are sequentially injected, and the air-fuel mixture formed by the injection of the ignition assist fuel is flame-propelled and combusted by the spark plug and generated by the flame-propagation combustion. It is possible to execute ignition assist control for controlling the injection amount and injection timing of the main fuel and the ignition assist fuel and the ignition timing by the spark plug so that the remaining fuel is premixed compression self-ignition combustion using the generated heat. The control unit supplies ozone from the ozone supply device when the engine operating state is within a predetermined ozone supply region, and the control unit determines that the ozone supply device has failed by the failure diagnosis unit. When the engine operating state is within the ozone supply region, the value of the parameter representing the combustion stability detected by the combustion stability detector is a value on the unstable side of the predetermined first threshold value. Sometimes, the injection timing of the ignition assist fuel and the ignition timing are advanced and the total fuel injection is performed as compared with the case where the value is more stable than the first threshold value. The ratio of the injection amount of the ignition assist fuel with respect to the engine is increased, and the control unit determines that the ozone supply device has failed by the failure diagnosis unit and the engine operating state is within the ozone supply region. Is a value on the side where the noise is smaller than the second threshold when the value of the parameter representing the combustion noise detected by the combustion noise detector is a value on the side where the noise is larger than the predetermined second threshold The control device for an internal combustion engine, which increases the ratio of the injection amount of the ignition assist fuel to the total fuel injection amount and does not change the injection timing and the ignition timing of the ignition assist fuel.

本発明によれば、オゾン供給装置が故障したときであっても、失火等の発生を抑制しつつ、燃焼騒音の増大を抑制することができる内燃機関の制御装置が提供される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even when an ozone supply apparatus fails, the control apparatus of the internal combustion engine which can suppress the increase in combustion noise, suppressing generation | occurrence | production of misfire etc. is provided.

図1は、本発明の実施形態に係る内燃機関全体の概略図である。FIG. 1 is a schematic view of an entire internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. 図2は、機関本体の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the engine body. 図3A、図3B及び図3Cは、内燃機関の気筒をシリンダヘッド側から見た概略図である。3A, 3B, and 3C are schematic views of a cylinder of the internal combustion engine as viewed from the cylinder head side. 図4は、各運転モードでの運転が行われる運転領域を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an operation region in which operation in each operation mode is performed. 図5A及び図5Bは、吸気弁及び排気弁のリフト量の推移を示す図である。5A and 5B are diagrams showing changes in lift amounts of the intake valve and the exhaust valve. 図6は、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における、クランク角と、燃料噴射量、点火時期及び熱発生率との関係を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the crank angle, the fuel injection amount, the ignition timing, and the heat generation rate when the ignition assist is performed and the premixed gas is subjected to compression self-ignition combustion. 図7は、燃焼室内において空間的に濃度差が生じるようにオゾンを供給した場合における、クランク角と熱発生率との関係を示した図である。FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the crank angle and the heat generation rate when ozone is supplied so that a concentration difference is spatially generated in the combustion chamber. 図8は、オゾン供給装置からのオゾン供給を伴う基本的な燃焼制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart showing a control routine of basic combustion control with ozone supply from the ozone supply device. 図9は、オゾン供給装置が故障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。FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the crank angle and the heat generation rate when the ozone supply device fails. 図10は、オゾン供給装置が故障したことによって燃焼騒音を十分に低減させることができなくなった場合等における、クランク角と熱発生率との関係を示した図である。FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the crank angle and the heat generation rate when the combustion noise cannot be sufficiently reduced due to the failure of the ozone supply device. 図11は、オゾン供給装置が故障したことによって予混合気が圧縮自着火燃焼せずに失火した場合等における、クランク角と熱発生率との関係を示した図である。FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the crank angle and the heat generation rate in the case where the premixed gas misfires without causing compression autoignition combustion due to a failure of the ozone supply device. 図12は、IMEPのCOVの値から第1閾値を減算したΔCOVと、着火アシスト燃料の噴射時期及び点火時期の進角側補正量との関係を示す図である。FIG. 12 is a diagram illustrating a relationship between ΔCOV obtained by subtracting the first threshold value from the COEP value of IMEP and the advance side correction amount of the ignition timing and ignition timing of the ignition assist fuel. 図13は、IMEPのCOVの値から第1閾値を減算したΔCOVと、着火アシスト噴射割合の増加側補正量との関係を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a relationship between ΔCOV obtained by subtracting the first threshold value from the COEP value of IMEP and the increase correction amount of the ignition assist injection ratio. 図14は、CNLの値から第2閾値を減算したΔCNLと、着火アシスト噴射割合の増加側補正量との関係を示す図である。FIG. 14 is a diagram illustrating a relationship between ΔCNL obtained by subtracting the second threshold value from the CNL value and the increase correction amount of the ignition assist injection ratio. 図15は、着火アシスト燃料の噴射量や噴射時期及び点火時期の補正制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。FIG. 15 is a flowchart showing a control routine for correction control of the ignition assist fuel injection amount, injection timing, and ignition timing. 図16は、オゾン供給装置が故障しているときに行われる故障時制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。FIG. 16 is a flowchart showing a control routine of control at the time of failure that is performed when the ozone supply device is out of order. 図17は、オゾン供給装置が故障せずに正常に作動しているときに行われる正常時制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。FIG. 17 is a flowchart illustrating a control routine for normal control that is performed when the ozone supply device is operating normally without a failure.

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。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals are assigned to similar components.

≪内燃機関全体の説明≫
まず、図1から図3Aを参照して本発明の実施形態に係る制御装置が用いられる内燃機関1の構成について説明する。図1は、ガソリンを燃料とする内燃機関1の概略的な構成図である。図2は、内燃機関1の機関本体10の概略的な断面図である。図3Aは、気筒11をシリンダヘッド側から見た概略的な透視図である。
≪Description of the internal combustion engine as a whole≫
First, a configuration of an internal combustion engine 1 in which a control device according to an embodiment of the present invention is used will be described with reference to FIGS. 1 to 3A. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an internal combustion engine 1 using gasoline as fuel. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the engine body 10 of the internal combustion engine 1. FIG. 3A is a schematic perspective view of the cylinder 11 as viewed from the cylinder head side.

図1及び図2に示したように、内燃機関1は、機関本体10、可変動弁機構20、燃料供給装置30、吸気系40、排気系50、EGR機構60、及び制御装置70を備える。   As shown in FIGS. 1 and 2, the internal combustion engine 1 includes an engine body 10, a variable valve mechanism 20, a fuel supply device 30, an intake system 40, an exhaust system 50, an EGR mechanism 60, and a control device 70.

機関本体10は、複数の気筒11が形成されたシリンダブロック12と、シリンダヘッド13とを備える。各気筒11内には、各気筒11内を往復運動するピストン14が配置されている。ピストン14とシリンダヘッド13との間の気筒11内には混合気が燃焼する燃焼室15が形成されている。シリンダヘッド13には、各気筒11の中央付近において、燃焼室15内の混合気に点火するための点火プラグ16が設けられている。   The engine body 10 includes a cylinder block 12 in which a plurality of cylinders 11 are formed, and a cylinder head 13. A piston 14 that reciprocates in each cylinder 11 is disposed in each cylinder 11. A combustion chamber 15 in which the air-fuel mixture burns is formed in the cylinder 11 between the piston 14 and the cylinder head 13. The cylinder head 13 is provided with an ignition plug 16 for igniting the air-fuel mixture in the combustion chamber 15 near the center of each cylinder 11.

シリンダヘッド13には、吸気ポート17及び排気ポート18が形成されている。これら吸気ポート17及び排気ポート18は各気筒11の燃焼室15に連通している。燃焼室15と吸気ポート17との間には吸気弁21が配置されて、この吸気弁21が吸気ポート17を開閉する。同様に、燃焼室15と排気ポート18との間には排気弁22が配置されて、この排気弁22が排気ポート18を開閉する。   An intake port 17 and an exhaust port 18 are formed in the cylinder head 13. The intake port 17 and the exhaust port 18 communicate with the combustion chamber 15 of each cylinder 11. An intake valve 21 is disposed between the combustion chamber 15 and the intake port 17, and the intake valve 21 opens and closes the intake port 17. Similarly, an exhaust valve 22 is disposed between the combustion chamber 15 and the exhaust port 18, and the exhaust valve 22 opens and closes the exhaust port 18.

可変動弁機構20は、各気筒の吸気弁21を開閉駆動する吸気可変動弁機構23と、各気筒の排気弁22を開閉駆動する排気可変動弁機構24とを備える。吸気可変動弁機構23は、吸気弁21の開弁時期、閉弁時期やリフト量を制御可能である。同様に、排気可変動弁機構24は、排気弁22の開弁時期、閉弁時期やリフト量を制御可能である。これら可変動弁機構23、24は、電磁アクチュエータによって吸気弁21や排気弁22を開閉駆動することで開弁時期等を変更するように構成されている。或いは、これら可変動弁機構23、24は、油圧等によって、クランクシャフトに対するカムシャフトの相対位相を変更したり、カムプロフィールを変更したりすることで開弁時期等を変更するように構成されてもよい。   The variable valve mechanism 20 includes an intake variable valve mechanism 23 that opens and closes an intake valve 21 of each cylinder, and an exhaust variable valve mechanism 24 that opens and closes an exhaust valve 22 of each cylinder. The intake variable valve mechanism 23 can control the opening timing, closing timing, and lift amount of the intake valve 21. Similarly, the exhaust variable valve mechanism 24 can control the opening timing, closing timing, and lift amount of the exhaust valve 22. These variable valve mechanisms 23 and 24 are configured to change the valve opening timing and the like by opening and closing the intake valve 21 and the exhaust valve 22 by an electromagnetic actuator. Alternatively, the variable valve mechanisms 23 and 24 are configured to change the valve opening timing or the like by changing the relative phase of the camshaft with respect to the crankshaft or changing the cam profile by hydraulic pressure or the like. Also good.

燃料供給装置30は、燃料噴射弁31、デリバリパイプ32、燃料供給管33、燃料ポンプ34、及び燃料タンク35を備える。燃料噴射弁31は、各気筒11の燃焼室15内に燃料を直接噴射するようにシリンダヘッド13に配置されている。特に、本実施形態では、燃料噴射弁31は、点火プラグ16の電極部が燃料噴射弁31からの燃料噴射領域X又はその近傍に位置するように、点火プラグ16に隣接して各気筒11の中央近傍に配置されている。   The fuel supply device 30 includes a fuel injection valve 31, a delivery pipe 32, a fuel supply pipe 33, a fuel pump 34, and a fuel tank 35. The fuel injection valve 31 is disposed in the cylinder head 13 so as to inject fuel directly into the combustion chamber 15 of each cylinder 11. In particular, in the present embodiment, the fuel injection valve 31 is disposed adjacent to the ignition plug 16 so that the electrode portion of the ignition plug 16 is located in or near the fuel injection region X from the fuel injection valve 31. It is arranged near the center.

燃料噴射弁31は、デリバリパイプ32及び燃料供給管33を介して燃料タンク35に連結されている。燃料供給管33には、燃料タンク35内の燃料を圧送する燃料ポンプ34が配置される。燃料ポンプ34によって圧送された燃料は、燃料供給管33を介してデリバリパイプ32に供給され、燃料噴射弁31が開弁されるのに伴って燃料噴射弁31から燃焼室15内に直接噴射される。   The fuel injection valve 31 is connected to a fuel tank 35 via a delivery pipe 32 and a fuel supply pipe 33. A fuel pump 34 that pumps the fuel in the fuel tank 35 is disposed in the fuel supply pipe 33. The fuel pumped by the fuel pump 34 is supplied to the delivery pipe 32 via the fuel supply pipe 33 and is directly injected into the combustion chamber 15 from the fuel injection valve 31 as the fuel injection valve 31 is opened. The

吸気系40は、吸気枝管41、サージタンク42、吸気管43、エアクリーナ44、排気ターボチャージャ5のコンプレッサ5a、インタークーラ45、及びスロットル弁46を備える。各気筒11の吸気ポート17はそれぞれ対応する吸気枝管41を介してサージタンク42に連通しており、サージタンク42は吸気管43を介してエアクリーナ44に連通している。吸気管43には、吸気管43内を流通する吸入空気を圧縮して吐出する排気ターボチャージャ5のコンプレッサ5aと、コンプレッサ5aによって圧縮された空気を冷却するインタークーラ45とが設けられている。インタークーラ45は、吸入空気の流れ方向においてコンプレッサ5aの下流側に配置されている。スロットル弁46は、インタークーラ45とサージタンク42との間の吸気管43内に配置されている。スロットル弁46は、スロットル弁駆動アクチュエータ47によって回動せしめられることで、吸気通路の開口面積を変更することができる。なお、吸気ポート17、吸気枝管41、サージタンク42、及び吸気管43は、燃焼室15に吸気ガスを供給する吸気通路を形成する。   The intake system 40 includes an intake branch pipe 41, a surge tank 42, an intake pipe 43, an air cleaner 44, a compressor 5a of the exhaust turbocharger 5, an intercooler 45, and a throttle valve 46. The intake port 17 of each cylinder 11 communicates with a surge tank 42 via a corresponding intake branch pipe 41, and the surge tank 42 communicates with an air cleaner 44 via an intake pipe 43. The intake pipe 43 is provided with a compressor 5a of an exhaust turbocharger 5 that compresses and discharges intake air flowing through the intake pipe 43, and an intercooler 45 that cools the air compressed by the compressor 5a. The intercooler 45 is disposed on the downstream side of the compressor 5a in the flow direction of the intake air. The throttle valve 46 is disposed in the intake pipe 43 between the intercooler 45 and the surge tank 42. The throttle valve 46 is rotated by a throttle valve drive actuator 47, whereby the opening area of the intake passage can be changed. The intake port 17, the intake branch pipe 41, the surge tank 42, and the intake pipe 43 form an intake passage that supplies intake gas to the combustion chamber 15.

排気系50は、排気マニホルド51、排気管52、排気ターボチャージャ5のタービン5b、及び排気後処理装置53を備える。各気筒11の排気ポート18は、排気マニホルド51に連通しており、排気マニホルド51は排気管52に連通している。排気管52には、排気ターボチャージャ5のタービン5bが設けられている。タービン5bは、排気ガスのエネルギによって回転駆動せしめられる。排気ターボチャージャ5のコンプレッサ5aとタービン5bとは回転軸によって接続されており、タービン5bが回転駆動せしめられると、これに伴ってコンプレッサ5aが回転し、よって吸入空気が圧縮せしめられる。また、排気管52にはタービン5bの排気流れ方向下流側において排気後処理装置53が設けられている。排気後処理装置53は、排気ガスを浄化した上で外気中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。なお、排気ポート18、排気マニホルド51、及び排気管52は、燃焼室15から排気ガスを排出する排気通路を形成する。   The exhaust system 50 includes an exhaust manifold 51, an exhaust pipe 52, a turbine 5 b of the exhaust turbocharger 5, and an exhaust aftertreatment device 53. The exhaust port 18 of each cylinder 11 communicates with an exhaust manifold 51, and the exhaust manifold 51 communicates with an exhaust pipe 52. The exhaust pipe 52 is provided with a turbine 5 b of the exhaust turbocharger 5. The turbine 5b is driven to rotate by the energy of the exhaust gas. The compressor 5a of the exhaust turbocharger 5 and the turbine 5b are connected by a rotating shaft. When the turbine 5b is driven to rotate, the compressor 5a rotates with this, and the intake air is compressed. The exhaust pipe 52 is provided with an exhaust aftertreatment device 53 on the downstream side in the exhaust flow direction of the turbine 5b. The exhaust aftertreatment device 53 is a device for purifying exhaust gas and discharging it into the outside air, and includes various exhaust purification catalysts for purifying harmful substances, filters for collecting harmful substances, and the like. The exhaust port 18, the exhaust manifold 51, and the exhaust pipe 52 form an exhaust passage for exhausting exhaust gas from the combustion chamber 15.

EGR機構60は、EGR管61と、EGR制御弁62と、EGRクーラ63とを備える。EGR管61は、排気マニホルド51とサージタンク42とに連結され、これらを互いに連通させる。EGR管61には、EGR管61内を流れるEGRガスを冷却するEGRクーラ63が設けられている。加えて、EGR管61には、EGR管61によって形成されるEGR通路の開口面積を変更することができるEGR制御弁62が設けられている。EGR制御弁62の開度を制御することによって、排気マニホルド51からサージタンク42へ還流させるEGRガスの流量が調整される。   The EGR mechanism 60 includes an EGR pipe 61, an EGR control valve 62, and an EGR cooler 63. The EGR pipe 61 is connected to the exhaust manifold 51 and the surge tank 42 so as to communicate with each other. The EGR pipe 61 is provided with an EGR cooler 63 that cools the EGR gas flowing in the EGR pipe 61. In addition, the EGR pipe 61 is provided with an EGR control valve 62 that can change the opening area of the EGR passage formed by the EGR pipe 61. By controlling the opening degree of the EGR control valve 62, the flow rate of the EGR gas recirculated from the exhaust manifold 51 to the surge tank 42 is adjusted.

制御装置70は、電子制御ユニット(ECU)71及び各種センサを備える。ECU71は、デジタルコンピュータから構成され、双方向性バス72を介して相互に接続されたRAM(ランダムアクセスメモリ)73、ROM(リードオンリメモリ)74、CPU(マイクロプロセッサ)75、入力ポート76、及び出力ポート77を備える。   The control device 70 includes an electronic control unit (ECU) 71 and various sensors. The ECU 71 is composed of a digital computer, and is connected to each other via a bidirectional bus 72, a RAM (random access memory) 73, a ROM (read only memory) 74, a CPU (microprocessor) 75, an input port 76, and An output port 77 is provided.

シリンダヘッド13には、各気筒11内の圧力(筒内圧力)を検出するための筒内圧センサ81が配置される。また、デリバリパイプ32には、デリバリパイプ32内の燃料の圧力、すなわち燃料噴射弁31から気筒11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82が設けられている。吸気管43には、排気ターボチャージャ5のコンプレッサ5aの吸気流れ方向上流側に、吸気管43内を流れる空気の流量を検出するエアフロメータ83が設けられている。スロットル弁46には、その開度(スロットル開度)を検出するためのスロットル開度センサ84が設けられている。加えて、サージタンク42には、サージタンク42内の吸気ガスの圧力、すなわち気筒11内に吸入される吸気ガスの圧力(吸気圧)を検出するための吸気圧センサ85が設けられている。さらに、サージタンク42には、サージタンク42内の吸気ガスの温度、すなわち気筒11内に吸入される吸気ガスの温度(吸気温)を検出するための吸気温センサ86が設けられている。これら、筒内圧センサ81、燃圧センサ82、エアフロメータ83、スロットル開度センサ84、吸気圧センサ85及び吸気温センサ86の出力は、対応するAD変換器78を介して入力ポート76に入力される。   The cylinder head 13 is provided with an in-cylinder pressure sensor 81 for detecting the pressure in each cylinder 11 (in-cylinder pressure). Further, the delivery pipe 32 is provided with a fuel pressure sensor 82 for detecting the pressure of fuel in the delivery pipe 32, that is, the pressure (injection pressure) of fuel injected from the fuel injection valve 31 into the cylinder 11. . The intake pipe 43 is provided with an air flow meter 83 for detecting the flow rate of the air flowing through the intake pipe 43 on the upstream side of the compressor 5a of the exhaust turbocharger 5 in the intake flow direction. The throttle valve 46 is provided with a throttle opening sensor 84 for detecting the opening (throttle opening). In addition, the surge tank 42 is provided with an intake pressure sensor 85 for detecting the pressure of the intake gas in the surge tank 42, that is, the pressure (intake pressure) of the intake gas sucked into the cylinder 11. Further, the surge tank 42 is provided with an intake air temperature sensor 86 for detecting the temperature of the intake gas in the surge tank 42, that is, the temperature of the intake gas sucked into the cylinder 11 (intake air temperature). The outputs of the in-cylinder pressure sensor 81, the fuel pressure sensor 82, the air flow meter 83, the throttle opening sensor 84, the intake pressure sensor 85, and the intake air temperature sensor 86 are input to the input port 76 via the corresponding AD converter 78. .

また、アクセルペダル87にはアクセルペダル87の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ88が接続され、負荷センサ88の出力電圧は対応するAD変換器78を介して入力ポート76に入力される。したがって、本実施形態では、アクセルペダル87の踏み込み量が機関負荷として用いられる。クランク角センサ89は例えば機関本体10のクランクシャフトが例えば15度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート76に入力される。CPU75ではこのクランク角センサ89の出力パルスから機関回転速度が計算される。   A load sensor 88 that generates an output voltage proportional to the amount of depression of the accelerator pedal 87 is connected to the accelerator pedal 87, and the output voltage of the load sensor 88 is input to the input port 76 via the corresponding AD converter 78. The Therefore, in this embodiment, the depression amount of the accelerator pedal 87 is used as the engine load. The crank angle sensor 89 generates an output pulse every time the crankshaft of the engine body 10 rotates, for example, 15 degrees, and this output pulse is input to the input port 76. The CPU 75 calculates the engine speed from the output pulse of the crank angle sensor 89.

一方、ECU71の出力ポート77は、対応する駆動回路79を介して、内燃機関1の運転を制御する各アクチュエータに接続される。図1及び図2に示した例では、出力ポート77は、点火プラグ16、吸気可変動弁機構23、排気可変動弁機構24、燃料噴射弁31、燃料ポンプ34、スロットル弁駆動アクチュエータ47、及びEGR制御弁62に接続されている。ECU71は、これらアクチュエータを制御する制御信号を出力ポート77から出力して、内燃機関1の運転を制御する。   On the other hand, the output port 77 of the ECU 71 is connected to each actuator that controls the operation of the internal combustion engine 1 via a corresponding drive circuit 79. In the example shown in FIGS. 1 and 2, the output port 77 includes the spark plug 16, the intake variable valve mechanism 23, the exhaust variable valve mechanism 24, the fuel injection valve 31, the fuel pump 34, the throttle valve drive actuator 47, and The EGR control valve 62 is connected. The ECU 71 outputs a control signal for controlling these actuators from the output port 77 to control the operation of the internal combustion engine 1.

≪オゾン供給装置の説明≫
加えて、本実施形態に係る内燃機関1は、図1及び図3Aに示すように、シリンダヘッド13に設けられた放電プラグ91を備える。放電プラグ91は、各気筒11の燃焼室15に臨むように各気筒11にそれぞれ一つずつ設けられており、放電(無声放電やコロナ放電、ストリーマ放電等)によって燃焼室15内の酸素をオゾンに変換して、燃焼室15内にオゾンを供給する。したがって、放電プラグ91は、燃焼室15内にオゾンを供給するオゾン供給装置として機能する。放電プラグ91は、対応する駆動回路79を介して、ECU71の出力ポート77に接続される。したがって、放電プラグ91は、ECU71によって制御される。
≪Explanation of ozone supply device≫
In addition, the internal combustion engine 1 according to the present embodiment includes a discharge plug 91 provided in the cylinder head 13 as shown in FIGS. 1 and 3A. One discharge plug 91 is provided in each cylinder 11 so as to face the combustion chamber 15 of each cylinder 11, and oxygen in the combustion chamber 15 is converted into ozone by discharge (silent discharge, corona discharge, streamer discharge, etc.). And ozone is supplied into the combustion chamber 15. Therefore, the discharge plug 91 functions as an ozone supply device that supplies ozone into the combustion chamber 15. The discharge plug 91 is connected to an output port 77 of the ECU 71 via a corresponding drive circuit 79. Therefore, the discharge plug 91 is controlled by the ECU 71.

本実施形態では、図3Aに示すように、放電プラグ91は、気筒11の中心に対して偏りをもって配置される。加えて、放電プラグ91は、各気筒11の燃焼室15に連通する二つの吸気ポート17のうちの一方の吸気ポートの燃焼室15への開口部(以下、「燃焼室開口部」という)17aと、各気筒11の燃焼室15に連通する二つの排気ポート18のうち一方の排気ポート(前記一方の吸気ポートに対応する側に配置された排気ポート)の燃焼室開口部18aとの間に配置されている。また、本実施形態では、吸気ポート17の一方の燃焼室開口部17aから吸入された吸気ガスと他方の燃焼室開口部17bから吸入された吸気ガスとが燃焼室15内で混合しにくくなるように、各燃焼室開口部17a、17bから吸入された吸気ガスがそれぞれ燃焼室15内でタンブル流を起こすように吸気ポート17が形成されている。   In the present embodiment, as shown in FIG. 3A, the discharge plug 91 is arranged with a bias with respect to the center of the cylinder 11. In addition, the discharge plug 91 has an opening (hereinafter referred to as a “combustion chamber opening”) 17a of one of the two intake ports 17 communicating with the combustion chamber 15 of each cylinder 11 to the combustion chamber 15. And the combustion chamber opening 18a of one of the two exhaust ports 18 communicating with the combustion chamber 15 of each cylinder 11 (an exhaust port disposed on the side corresponding to the one intake port). Has been placed. In the present embodiment, the intake gas sucked from one combustion chamber opening 17a of the intake port 17 and the intake gas sucked from the other combustion chamber opening 17b are difficult to mix in the combustion chamber 15. In addition, an intake port 17 is formed so that the intake gas sucked from the combustion chamber openings 17 a and 17 b causes a tumble flow in the combustion chamber 15.

吸気ポート17及び放電プラグ91をこのように構成することで、放電プラグ91によって供給されるオゾンに燃焼室15内で空間的に濃度差を生じさせることができる。すなわち、放電プラグ91によって吸気行程中にオゾンを生成すると、吸気ポート17の一方の燃焼室開口部17aから吸入された吸気ガス(図3Aにおいて気筒11の右側の領域に存在する吸気ガス)中のオゾン濃度を、吸気ポート17の他方の燃焼室開口部17bから吸入された吸気ガス(図3Aにおいて気筒11の左側の領域に存在する吸気ガス)中のオゾン濃度よりも高くすることができる。   By configuring the intake port 17 and the discharge plug 91 in this way, it is possible to cause a spatial concentration difference in the combustion chamber 15 to the ozone supplied by the discharge plug 91. That is, when ozone is generated during the intake stroke by the discharge plug 91, the intake gas (intake gas present in the region on the right side of the cylinder 11 in FIG. 3A) sucked from one combustion chamber opening 17a of the intake port 17 is contained. The ozone concentration can be made higher than the ozone concentration in the intake gas sucked from the other combustion chamber opening 17b of the intake port 17 (intake gas existing in the left region of the cylinder 11 in FIG. 3A).

なお、燃焼室15内で空間的に濃度差が生じるようにオゾンを供給する方法は、上述したような方法に限られるものではない。例えば図3Bに示したように、主に一方の燃焼室開口部17aから燃焼室15内に吸入される吸気ガスにオゾンが含まれるように、各気筒11の燃焼室15に連通する二つの吸気ポート17のうち一方の吸気ポートのみに放電プラグ91を設けても良い。また図3Cに示したように、両方の燃焼室開口部17a及び燃焼室開口部17bから燃焼室15内にそれぞれ吸入される吸気ガスにオゾンが含まれるように、各気筒11の燃焼室15に連通する二つの吸気ポート17のそれぞれに一つの放電プラグ91を設け、各放電プラグ91によるオゾンの生成量を異ならせるようにしても良い。   In addition, the method of supplying ozone so that a density | concentration difference may produce spatially in the combustion chamber 15 is not restricted to the method as mentioned above. For example, as shown in FIG. 3B, two intake airs communicating with the combustion chamber 15 of each cylinder 11 so that ozone is contained in the intake gas mainly sucked into the combustion chamber 15 from one combustion chamber opening 17a. The discharge plug 91 may be provided only in one intake port of the ports 17. Further, as shown in FIG. 3C, the combustion chamber 15 of each cylinder 11 is filled with ozone so that the intake gas sucked into the combustion chamber 15 from both of the combustion chamber openings 17a and the combustion chamber openings 17b is contained. One discharge plug 91 may be provided for each of the two intake ports 17 that communicate with each other, and the amount of ozone generated by each discharge plug 91 may be varied.

また図示はしないが、オゾン供給装置は、予め生成しておいたオゾンをオゾン噴射弁等によって燃焼室15内又は吸気ポート17内に噴射するように構成されてもよい。この場合も、燃焼室15内で空間的に濃度差が生じるようにオゾン噴射弁からオゾンが噴射される。いずれにせよ、オゾン供給装置は、燃焼室内に直接的又は間接的にオゾンを供給することができれば、如何なる態様で構成されてもよい。   Although not shown, the ozone supply device may be configured to inject ozone generated in advance into the combustion chamber 15 or the intake port 17 by an ozone injection valve or the like. Also in this case, ozone is injected from the ozone injection valve so that a concentration difference spatially occurs in the combustion chamber 15. In any case, the ozone supply device may be configured in any manner as long as ozone can be supplied directly or indirectly into the combustion chamber.

≪制御装置の機能の説明≫
次に、上述したように構成された制御装置70の機能について説明する。制御装置70は、燃焼安定性検出部と、燃焼騒音検出部と、故障診断部と、制御部とを備える。
≪Explanation of control device functions≫
Next, functions of the control device 70 configured as described above will be described. The control device 70 includes a combustion stability detection unit, a combustion noise detection unit, a failure diagnosis unit, and a control unit.

燃焼安定性検出部は、燃焼室15内での混合気の燃焼安定性を表すパラメータの値を検出する。本実施形態では、燃焼安定性検出部は、筒内圧センサ81及びECU71によって構成される。具体的には、本実施形態では、燃焼安定性検出部は、筒内圧センサ81によって検出された筒内圧力に基づいて図示平均有効圧(Indicated Mean Effective Pressure。以下、「IMEP」という)を算出すると共に、算出されたIMEPの変動率としてCOV(Coefficient of Variance)を算出する。COVは、例えば、複数サイクルにおけるIMEPの標準偏差σと、当該複数サイクルにおけるIMEPの平均値μから、下記式(1)に基づいて算出される。
COV=σ/μ×100 [%] …(1)
The combustion stability detection unit detects a parameter value representing the combustion stability of the air-fuel mixture in the combustion chamber 15. In the present embodiment, the combustion stability detector is configured by the in-cylinder pressure sensor 81 and the ECU 71. Specifically, in this embodiment, the combustion stability detection unit calculates an indicated mean effective pressure (hereinafter referred to as “IMEP”) based on the in-cylinder pressure detected by the in-cylinder pressure sensor 81. In addition, a COV (Coefficient of Variance) is calculated as the calculated IMEP variation rate. The COV is calculated based on, for example, the following formula (1) from the standard deviation σ of IMEP in a plurality of cycles and the average value μ of IMEP in the plurality of cycles.
COV = σ / μ × 100 [%] (1)

このように算出されるCOVは、混合気の燃焼安定性を示しており、COVの値が小さいほど燃焼安定性が高いことを示している。したがって、COVの値が所定の閾値(例えば、3%)よりも小さいときには、COVの値は所定の閾値よりも安定側の値であるということができる。この場合、閾値を適切に設定すれば、混合気の燃焼安定性は高く、混合気が燃焼せずに失火してしまう可能性は低いといえる。一方、COVの値が上記所定の閾値よりも大きいときには、COVの値は所定の閾値よりも不安定側の値であるといえる。この場合、閾値を適切に設定すれば、混合気の燃焼安定性は低く、混合気が燃焼せずに失火してしまう可能性は高いといえる。   The COV calculated in this way indicates the combustion stability of the air-fuel mixture, and the smaller the value of COV, the higher the combustion stability. Therefore, when the value of COV is smaller than a predetermined threshold (for example, 3%), it can be said that the value of COV is a value on the stable side with respect to the predetermined threshold. In this case, if the threshold value is set appropriately, the combustion stability of the air-fuel mixture is high, and it can be said that the possibility that the air-fuel mixture does not burn and misfires is low. On the other hand, when the value of COV is larger than the predetermined threshold, it can be said that the value of COV is a value on the unstable side with respect to the predetermined threshold. In this case, if the threshold value is set appropriately, the combustion stability of the air-fuel mixture is low, and it can be said that there is a high possibility that the air-fuel mixture does not burn and misfires.

なお、本実施形態では、混合気の燃焼安定性を表すパラメータとして、筒内圧センサ81によって検出された筒内圧力に基づいて算出されたIMEPのCOVが用いられている。しかしながら、混合気の燃焼安定性を表すパラメータとして、必ずしもIMEPのCOVを用いる必要はなく、別のパラメータを用いてもよい。別のパラメータの具体的な例としては、例えば、燃焼室から排出される排気ガスの温度、圧力及び空燃比等のサイクル間でのバラツキ等が挙げられる。   In this embodiment, the IMEP COV calculated based on the in-cylinder pressure detected by the in-cylinder pressure sensor 81 is used as a parameter representing the combustion stability of the air-fuel mixture. However, the IMEP COV is not necessarily used as a parameter representing the combustion stability of the air-fuel mixture, and another parameter may be used. Specific examples of the other parameters include, for example, variations between cycles such as the temperature, pressure, and air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the combustion chamber.

燃焼騒音検出部は、燃焼室15内で発生した燃焼による燃焼騒音を表すパラメータの値を検出する。本実施形態では、燃焼騒音検出部は、筒内圧センサ81及びECU71によって構成される。具体的には、本実施形態では、燃焼騒音検出部は、筒内圧センサ81によって検出された筒内圧力に基づいてCPL(Cylinder Pressure Level)を算出すると共に、算出されたCPLと機関本体10の構造減衰量から燃焼騒音レベル(Combustion Noise Level。以下、「CNL」という)を算出する。   The combustion noise detection unit detects the value of a parameter representing combustion noise caused by combustion generated in the combustion chamber 15. In the present embodiment, the combustion noise detection unit is configured by the in-cylinder pressure sensor 81 and the ECU 71. Specifically, in this embodiment, the combustion noise detection unit calculates CPL (Cylinder Pressure Level) based on the in-cylinder pressure detected by the in-cylinder pressure sensor 81, and calculates the calculated CPL and the engine body 10. A combustion noise level (hereinafter referred to as “CNL”) is calculated from the structural attenuation.

このように算出されるCNLは、燃焼室15内で発生した燃焼による燃焼騒音を示しており、CNLの値が小さいほど燃焼騒音が小さいことを示している。したがって、CNLの値が所定の閾値よりも小さいときには、CNLの値は所定の閾値よりも騒音が小さい側の値であるということができる。一方、CNLの値が上記所定の閾値よりも大きいときには、CNLの値は所定の閾値よりも騒音が大きい側の値であるといえる。   The calculated CNL indicates the combustion noise caused by the combustion generated in the combustion chamber 15, and the smaller the CNL value, the lower the combustion noise. Therefore, when the value of CNL is smaller than the predetermined threshold, it can be said that the value of CNL is a value on the side where noise is smaller than the predetermined threshold. On the other hand, when the value of CNL is larger than the predetermined threshold, it can be said that the value of CNL is a value on the side where noise is larger than the predetermined threshold.

なお、本実施形態では、燃焼室15内で発生した燃焼による燃焼騒音を表すパラメータとして、筒内圧センサ81によって検出された筒内圧力に基づいて算出されたCNLが用いられている。しかしながら、混合気の燃焼安定性を表すパラメータとして、必ずしもCNLを用いる必要はなく、別のパラメータを用いてもよい。したがって、例えば機関本体10にノックセンサを設けてこのノックセンサの出力に基づいて燃焼騒音を算出するようにしてもよい。   In the present embodiment, CNL calculated based on the in-cylinder pressure detected by the in-cylinder pressure sensor 81 is used as a parameter representing combustion noise caused by the combustion generated in the combustion chamber 15. However, it is not always necessary to use CNL as a parameter representing the combustion stability of the air-fuel mixture, and another parameter may be used. Therefore, for example, a knock sensor may be provided in the engine body 10 and the combustion noise may be calculated based on the output of the knock sensor.

故障診断部は、上述したオゾン供給装置の故障診断を行う。本実施形態では、故障診断部は、筒内圧センサ81及びECU71によって構成される。   The failure diagnosis unit performs failure diagnosis of the ozone supply device described above. In the present embodiment, the failure diagnosis unit is configured by the in-cylinder pressure sensor 81 and the ECU 71.

ところで、オゾンが燃焼室15に供給されると、後述するように予混合気の自着火時期が早められる。このため、オゾン供給装置により燃焼室15内にオゾンを供給した場合と、オゾンを供給していない場合とでは、予混合気の自着火時期が変化する。そこで、故障診断部は、オゾン供給装置によって燃焼室15内にオゾンを供給した場合及びオゾンを供給していない場合それぞれにおいて、筒内圧センサ81によって検出された筒内圧力に基づいて自着火時期を算出する。そして、オゾン供給装置によって燃焼室15内にオゾンを供給した場合とオゾンを供給していない場合とで、予混合気の自着火時期が所定の閾値以上に大きく変化したときにはオゾン供給装置に故障は生じていないと判定する。一方、オゾン供給装置によって燃焼室15内にオゾンを供給した場合とオゾンを供給していない場合とで、予混合気の自着火時期が所定の閾値よりも小さくしか変化していないときには、オゾン供給装置に故障が生じていると判定する。   By the way, when ozone is supplied to the combustion chamber 15, the self-ignition timing of the premixed gas is advanced as will be described later. For this reason, the auto-ignition timing of the premixed gas changes between when ozone is supplied into the combustion chamber 15 by the ozone supply device and when ozone is not supplied. Therefore, the failure diagnosis unit calculates the self-ignition timing based on the in-cylinder pressure detected by the in-cylinder pressure sensor 81 in each of the cases where ozone is supplied into the combustion chamber 15 by the ozone supply device and when ozone is not supplied. calculate. And when ozone is supplied into the combustion chamber 15 by the ozone supply device and when the ozone is not supplied, the ozone supply device has failed when the auto-ignition timing of the premixed gas changes greatly beyond a predetermined threshold value. It is determined that it has not occurred. On the other hand, when ozone is supplied into the combustion chamber 15 by the ozone supply device and when ozone is not supplied, the ozone supply is performed when the auto-ignition timing of the premixed gas changes only smaller than a predetermined threshold value. It is determined that a failure has occurred in the device.

なお、本実施形態では、筒内圧センサ81によって検出された筒内圧力に基づいて算出された予混合気の自着火時期に基づいてオゾン供給装置の故障診断を行っている。しかしながら、オゾン供給装置の故障診断は必ずしもこのような態様で行われる必要はなく、他の態様で行われてもよい。したがって、例えば、燃焼室15内や吸気ポート17内にオゾンを検出することができるオゾンセンサを設けるとともに、このオゾンセンサの出力に基づいてオゾン供給装置の故障診断を行ってもよい。   In the present embodiment, the failure diagnosis of the ozone supply device is performed based on the self-ignition timing of the premixed gas calculated based on the in-cylinder pressure detected by the in-cylinder pressure sensor 81. However, the failure diagnosis of the ozone supply device does not necessarily have to be performed in this manner, and may be performed in another manner. Therefore, for example, an ozone sensor capable of detecting ozone in the combustion chamber 15 or the intake port 17 may be provided, and failure diagnosis of the ozone supply device may be performed based on the output of the ozone sensor.

制御部は、各種センサの出力や、上述した燃焼安定性検出部、燃焼騒音検出部、及び故障診断部の出力に基づいて、燃焼室15内において所望の燃焼を行うことができるように、燃料噴射弁31、点火プラグ16及びオゾン供給装置を制御する。制御部による具体的な燃焼制御については以下に詳述する。   Based on the outputs of the various sensors and the outputs of the above-described combustion stability detector, combustion noise detector, and failure diagnostic unit, the control unit controls the fuel so that desired combustion can be performed in the combustion chamber 15. The injection valve 31, the spark plug 16, and the ozone supply device are controlled. Specific combustion control by the control unit will be described in detail below.

≪基本的な燃焼制御≫
次に、図4〜図6を参照して、本実施形態の制御装置70の制御部による基本的な燃焼制御について説明する。本実施形態では、制御装置70の制御部は、火花点火運転モード(以下、「SI運転モード」という)と圧縮自着火運転モード(以下、「CI運転モード」という)との二つの運転モードにて内燃機関の運転を行う。
≪Basic combustion control≫
Next, with reference to FIGS. 4-6, the basic combustion control by the control part of the control apparatus 70 of this embodiment is demonstrated. In the present embodiment, the control unit of the control device 70 has two operation modes, a spark ignition operation mode (hereinafter referred to as “SI operation mode”) and a compression self-ignition operation mode (hereinafter referred to as “CI operation mode”). The internal combustion engine is operated.

制御装置70の制御部は、SI運転モードでは、基本的に燃焼室15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、この予混合気に点火プラグ16による点火を行う。これにより、予混合気が燃焼室15内で火炎伝播燃焼する。   In the SI operation mode, the control unit of the control device 70 basically forms a premixed gas near the stoichiometric air fuel ratio or near the stoichiometric air fuel ratio in the combustion chamber 15 and ignites the premixed gas with the spark plug 16. As a result, the premixed gas is subjected to flame propagation combustion in the combustion chamber 15.

また、制御装置70の制御部は、CI運転モードでは、基本的に燃焼室15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る。特に、本実施形態では、予混合気として、燃焼室15の中央部に可燃層を有すると共に気筒11の内壁面周りに空気層を有する成層予混合気を形成している。   Further, in the CI operation mode, the control unit of the control device 70 basically forms a pre-air mixture with an air-fuel ratio leaner than the stoichiometric air-fuel ratio (for example, about 30 to 40) in the combustion chamber 15, The mixture is burned by compression ignition. In particular, in this embodiment, a stratified premixed gas having a combustible layer at the center of the combustion chamber 15 and an air layer around the inner wall surface of the cylinder 11 is formed as the premixed gas.

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することができ、また圧縮比を高くしても実施することができる。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。   Premixed compression auto-ignition combustion can be performed even when the air-fuel ratio is lean as compared with flame propagation combustion, and can be performed even when the compression ratio is increased. Therefore, by performing premixed compression auto-ignition combustion, fuel efficiency can be improved and thermal efficiency can be improved. In addition, since premixed compression self-ignition combustion has a lower combustion temperature than flame propagation combustion, generation of NOx can be suppressed. Furthermore, since there is sufficient oxygen around the fuel, the generation of unburned HC can be suppressed.

また、予混合圧縮自着火燃焼では、燃焼室15内で混合気が自着火するまでには反応時間が必要であり、機関回転速度が高くなると、混合気が自着火するのに必要な反応時間を確保することができなくなる。このため、機関回転速度が高い領域ではSI運転モードでの運転が行われる。また、機関負荷が高くなって内燃機関による発生トルクが大きくなると過早着火が生じ、ノッキングが発生することになり、良好な自着火燃焼を行うことができなくなる。このため、機関負荷が高い領域でもSI運転モードでの運転が行われる。この結果、本実施形態では、機関負荷及び機関回転速度から把握される機関運転状態が図4において実線で囲まれた自着火領域RR内にあれば、CI運転モードにより内燃機関が運転され、自着火領域RR外の領域にあれば、SI運転モードにより内燃機関が運転される。   In premixed compression self-ignition combustion, a reaction time is required until the air-fuel mixture self-ignites in the combustion chamber 15, and when the engine speed increases, the reaction time required for the air-fuel mixture to self-ignite. Can not be secured. For this reason, the operation in the SI operation mode is performed in a region where the engine rotation speed is high. Further, if the engine load increases and the torque generated by the internal combustion engine increases, pre-ignition occurs, knocking occurs, and good self-ignition combustion cannot be performed. For this reason, the operation in the SI operation mode is performed even in a region where the engine load is high. As a result, in the present embodiment, if the engine operating state ascertained from the engine load and the engine speed is within the self-ignition region RR surrounded by the solid line in FIG. If it is in a region outside the ignition region RR, the internal combustion engine is operated in the SI operation mode.

次に、図5及び図6を参照して、本実施形態のCI運転モードにおける可変動弁機構20、点火プラグ16及び燃料噴射弁31の制御について説明する。   Next, control of the variable valve mechanism 20, the ignition plug 16, and the fuel injection valve 31 in the CI operation mode of the present embodiment will be described with reference to FIGS.

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15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5A及び図5Bに示すように、CI運転モード中は、必要に応じて排気弁22が排気行程の他に吸気行程でも開弁するように排気可変動弁機構24を制御している。このように、排気弁22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、排気行程中に或る気筒から排出された高温の排気ガスを直後の吸気行程中にその気筒に吸い戻させることができる。これにより筒内温度を上昇させて、各気筒11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。   In order to perform the premixed compression self-ignition combustion, it is necessary to raise the in-cylinder temperature to a temperature at which the premixed gas can be self-ignited, and the premixed gas is moved into the combustion chamber 15 as in the SI operation mode. Therefore, it is necessary to make the in-cylinder temperature higher than in the case of all the flame propagation combustion. Therefore, in this embodiment, for example, as shown in FIGS. 5A and 5B, during the CI operation mode, the exhaust variable valve mechanism 24 is configured so that the exhaust valve 22 is opened not only in the exhaust stroke but also in the intake stroke as necessary. Is controlling. In this way, by performing the opening operation of the exhaust valve twice to open the exhaust valve 22 again during the intake stroke, the high-temperature exhaust gas discharged from a certain cylinder during the exhaust stroke is discharged during the immediately following intake stroke. The cylinder can be sucked back. Thus, the in-cylinder temperature is raised, and the in-cylinder temperature of each cylinder 11 is maintained at a temperature at which premixed compression self-ignition combustion can be performed.

図5Aに示すように、吸気弁21のリフト量が小さいときに排気弁22を開弁すれば、多量の排気ガス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5Bに示すように、吸気弁21のリフト量がある程度大きくなった後に排気弁22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ガスが吸い戻されることになるので、自気筒に吸い戻される排気ガス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。   As shown in FIG. 5A, if the exhaust valve 22 is opened when the lift amount of the intake valve 21 is small, a large amount of exhaust gas can be sucked back into the own cylinder, so that the in-cylinder temperature can be greatly increased. it can. On the other hand, as shown in FIG. 5B, if the exhaust valve 22 is opened after the lift amount of the intake valve 21 has increased to some extent, the exhaust gas is sucked back after a certain amount of air (fresh air) is sucked into the cylinder. As a result, the amount of exhaust gas sucked back into the cylinder can be suppressed and the increase in the in-cylinder temperature can be suppressed. In this way, the increase range of the in-cylinder temperature can be controlled according to the timing at which the exhaust valve opening operation is performed twice.

加えて、本実施形態では、CI運転モードにおいても、点火プラグ16によって混合気への点火が行われる。より詳細には、予混合気を燃焼室15内で圧縮自着火燃焼させるにあたって、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、この火炎伝播燃焼によって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している。このような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ことで、予混合気の自着火時期を任意の時期に制御することが容易となる。   In addition, in the present embodiment, the air-fuel mixture is ignited by the spark plug 16 even in the CI operation mode. More specifically, when the premixed gas is compressed and ignited and combusted in the combustion chamber 15, the ignition plug 16 performs an ignition assist so that a part of the fuel is flame-propagated and combusted, and the heat generated by the flame-propagating combustion is used. By forcibly raising the in-cylinder temperature, ignition assist self-ignition combustion is performed in which the remaining fuel is premixed compression self-ignition combustion. By performing such an ignition assist and causing the premixed gas to undergo compression self-ignition combustion, it becomes easy to control the self-ignition timing of the premixed gas to an arbitrary timing.

図6は、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における、クランク角と、燃料噴射量、点火時期及び熱発生率との関係を示す図である。熱発生率(dQ/dθ)[J/deg.CA]とは、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。図中の実線(熱発生率パターンA)は、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の推移を、図中の一点鎖線(熱発生率パターンB)は、着火アシストを実施せずに予混合気を圧縮自着火燃焼させた場合の熱発生率の推移を、それぞれ示している。   FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the crank angle, the fuel injection amount, the ignition timing, and the heat generation rate when the ignition assist is performed and the premixed gas is subjected to compression self-ignition combustion. Heat generation rate (dQ / dθ) [J / deg. [CA] is the amount of heat per unit crank angle generated by the combustion of the air-fuel mixture, that is, the amount of heat generation Q per unit crank angle. The solid line (heat generation rate pattern A) in the figure shows the transition of the heat generation rate when the ignition assist is performed and the premixed mixture is subjected to compression self-ignition combustion. Shows the transition of the heat generation rate when the premixed gas is subjected to compression self-ignition combustion without performing the ignition assist.

図6に示したように、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には、燃料噴射弁31によるメイン燃料の噴射、燃料噴射弁31による着火アシスト燃料の噴射、及び点火プラグ16による点火が順次行われる。   As shown in FIG. 6, in the case where ignition assist is performed and the premixed mixture is subjected to compression self-ignition combustion, main fuel injection by the fuel injection valve 31, injection of ignition assist fuel by the fuel injection valve 31, and ignition Ignition by the plug 16 is performed sequentially.

メイン燃料の噴射は、吸気行程から圧縮行程中の任意の時期(図6の例では、−50[deg.ATDC]程度)に行われる。メイン燃料の噴射量は、各サイクルにおける総燃料噴射量の半分以上であることが好ましい。メイン燃料の噴射により燃焼室15内には予混合気が形成される。なお、図6に示した例では、メイン燃料を圧縮行程中に1度だけ噴射する態様を示しているが、メイン燃料を複数回に分けて噴射するようにしてもよい。   The main fuel is injected at an arbitrary time during the compression stroke from the intake stroke (in the example of FIG. 6, about −50 [deg. ATDC]). The main fuel injection amount is preferably at least half of the total fuel injection amount in each cycle. A premixed gas is formed in the combustion chamber 15 by the injection of the main fuel. In the example shown in FIG. 6, the main fuel is injected only once during the compression stroke. However, the main fuel may be injected in a plurality of times.

着火アシスト燃料の噴射は、メイン燃料を噴射した後の圧縮行程後半の任意の時期(図6の例では−10[deg.ATDC]程度)に行われる。着火アシスト燃料の噴射により、点火プラグ16の周りには、メイン燃料の噴射によって燃焼室15内に形成されている予混合気よりもリッチな空燃比のリッチ混合気が形成される。   The ignition assist fuel is injected at an arbitrary time in the latter half of the compression stroke after the main fuel is injected (about -10 [deg. ATDC] in the example of FIG. 6). Due to the injection of the ignition assist fuel, a rich air-fuel mixture rich in air-fuel ratio is formed around the spark plug 16 than the pre-air mixture formed in the combustion chamber 15 by the main fuel injection.

点火プラグ16による点火は、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6の例では−8[deg.ATDC]程度)に行われる。これにより、点火プラグ16の周りに形成されていたリッチ混合気(着火アシスト燃料)が点火され、主にこのリッチ混合気が火炎伝播燃焼せしめられる。斯かるリッチ混合気の火炎伝播燃焼により図6に熱発生率パターンA1で示したように熱が発生し、このように発生した熱により筒内温度が強制的に上昇せしめられ、これにより予混合気(メイン燃料)が圧縮自着火せしめられる。斯かる予混合気の圧縮自着火燃焼により図6に熱発生率パターンA2で示したように熱が発生する。この結果、火炎伝播燃焼及び圧縮自着火燃焼が生じた燃焼室15では、熱発生率パターンAで示したように熱発生率が推移することになる。   The ignition plug 16 is ignited at an arbitrary timing in the latter half of the compression stroke after the ignition assist fuel is injected (about -8 [deg. ATDC] in the example of FIG. 6). As a result, the rich air-fuel mixture (ignition assist fuel) formed around the spark plug 16 is ignited, and the rich air-fuel mixture is mainly burned and burned. As shown by the heat generation rate pattern A1 in FIG. 6, heat is generated by the flame propagation combustion of the rich mixture, and the in-cylinder temperature is forcibly raised by the generated heat, thereby premixing. Qi (main fuel) is compressed and ignited. Heat is generated as shown by the heat generation rate pattern A2 in FIG. 6 by the compression auto-ignition combustion of the premixed gas. As a result, in the combustion chamber 15 in which flame propagation combustion and compression self-ignition combustion occur, the heat generation rate changes as shown by the heat generation rate pattern A.

以上より、本実施形態では、制御装置70の制御部は、燃料噴射弁31からメイン燃料の噴射と着火アシスト燃料の噴射とを順次行うと共に、着火アシスト燃料の噴射によって形成された混合気を点火プラグ16によって火炎伝播燃焼させると共に、火炎伝播燃焼によって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ように、メイン燃料及び着火アシスト燃料の噴射量及び噴射時期並びに点火時期を制御する着火アシスト制御を実行可能であるといえる。   As described above, in the present embodiment, the control unit of the control device 70 sequentially performs the injection of the main fuel and the injection of the ignition assist fuel from the fuel injection valve 31 and ignites the air-fuel mixture formed by the injection of the ignition assist fuel. The injection amount, injection timing, and ignition timing of the main fuel and the ignition assist fuel are controlled so that the plug 16 causes flame propagation combustion and the remaining fuel is premixed compression self-ignition combustion using heat generated by the flame propagation combustion. It can be said that the ignition assist control can be executed.

このように、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ことにより、予混合気の着火時期を容易に任意の時期に制御することができるようになる。また、燃料の一部を火炎伝播燃焼させるので、圧縮自着火燃焼によって消費される燃料量が少なくなる。このため、全ての燃料を予混合圧縮自着火燃焼によって消費される場合と比較して、燃焼騒音を低減することができる。このように燃焼騒音を低減することができる理由について以下に説明する。   As described above, by performing the ignition assist and causing the premixed gas to undergo compression self-ignition combustion, it becomes possible to easily control the ignition timing of the premixed gas to an arbitrary timing. In addition, since a part of the fuel is subjected to flame propagation combustion, the amount of fuel consumed by the compression auto-ignition combustion is reduced. For this reason, combustion noise can be reduced compared with the case where all the fuel is consumed by premixed compression auto-ignition combustion. The reason why the combustion noise can be reduced in this way will be described below.

予混合気を圧縮自着火燃焼させた場合は、燃焼室15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に一点鎖線で示した熱発生率パターンBのように、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自着火燃焼初期における傾き(d2Q/(dθ)2)のそれぞれが比較的大きくなる傾向にある。 When the premixed gas is subjected to compression self-ignition combustion, the fuel diffused in the combustion chamber 15 self-ignites at multiple points at the same time, so the combustion speed becomes faster than when flame propagation combustion occurs, and the combustion period Becomes shorter. Therefore, when the premixed gas is subjected to compression self-ignition combustion as shown in the heat generation rate pattern B shown by the one-dot chain line in FIG. 6, the peak value of the heat generation rate pattern and the initial auto-ignition combustion of the heat generation rate pattern Each of the slopes at (d 2 Q / (dθ) 2 ) tends to be relatively large.

燃焼騒音は、この熱発生率パターンのピーク値及び自着火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、またその自着火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。   Combustion noise has a correlation with the peak value of this heat release rate pattern and the slope at the beginning of autoignition combustion, and the greater the peak value of the heat release rate pattern, the greater the slope at the beginning of autoignition combustion, the greater the noise. Become. Therefore, when the premixed gas is subjected to compression self-ignition combustion, combustion noise increases compared to when the premixed gas is subjected to flame propagation combustion.

これに対して、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、図6に実線で示した熱発生率パターンAのように、熱発生率パターンのピーク値及び熱発生率パターンの自着火燃焼初期における傾き(d2Q/(dθ)2)のそれぞれは熱発生率パターンBと比較して小さくなる。このため、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には、燃焼騒音を低減することができる。 On the other hand, when the ignition mixture is executed and the premixed gas is subjected to compression self-ignition combustion, the peak value of the heat generation rate pattern and the heat generation rate as shown in the heat generation rate pattern A indicated by the solid line in FIG. Each of the inclinations (d 2 Q / (dθ) 2 ) in the early stage of autoignition combustion of the pattern is smaller than that of the heat release rate pattern B. For this reason, combustion noise can be reduced when ignition assist is performed and the premixed gas is subjected to compression self-ignition combustion.

≪オゾン供給装置を用いた燃焼騒音の低減≫
ところで、予混合気を圧縮自着火燃焼させた場合は、燃焼室15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、上述したような着火アシストを実施した場合であっても、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。
≪Reduction of combustion noise using ozone supply device≫
By the way, when the premixed gas is subjected to compression self-ignition combustion, the fuel diffused in the combustion chamber 15 is self-ignited at the same time at many points. Therefore, even when the ignition assist as described above is performed, there is a problem that combustion noise increases compared to the case where the premixed gas is subjected to flame propagation combustion.

上述したように、図6に実線で示した熱発生率パターンAでは、熱発生率パターンのピーク値及び熱発生率パターンの自着火燃焼初期における傾き(d2Q/(dθ)2)のそれぞれは熱発生率パターンBと比較して小さい。しかしながら、それでもピーク値及び自着火燃焼初期における傾きは比較的大きい状態であり、燃焼騒音は十分に小さいとまではいえない。 As described above, in the heat generation rate pattern A indicated by the solid line in FIG. 6, each of the peak value of the heat generation rate pattern and the slope (d 2 Q / (dθ) 2 ) in the initial stage of autoignition combustion of the heat generation rate pattern. Is smaller than the heat release rate pattern B. However, the peak value and the slope at the initial stage of autoignition combustion are still relatively large, and the combustion noise cannot be said to be sufficiently small.

ここで、熱発生率パターンのピーク値及び自着火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、燃焼室15内において空間的又は時間的に濃度差が生じるようにオゾンを供給し、これにより時間差を設けて段階的に圧縮自着火燃焼を生じさせる方法がある。   Here, as a method of reducing the combustion noise by reducing each of the peak value of the heat generation rate pattern and the inclination in the early stage of auto-ignition combustion, ozone is used so that a concentration difference occurs spatially or temporally in the combustion chamber 15. There is a method in which compression auto-ignition combustion is generated step by step by supplying a time difference.

燃焼室15内に供給されたオゾンは、燃焼室15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15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。   The ozone supplied into the combustion chamber 15 is decomposed when the temperature in the combustion chamber 15 rises to a predetermined temperature (for example, about 500 [K] to 600 [K]), and generates oxygen radicals which are a kind of active species. Let It is known that oxygen radicals act on fuel molecules to increase the self-ignitability of the fuel. The greater the amount of oxygen radicals present in the combustion chamber 15, the earlier the self-ignition timing of the premixed gas.

したがって、燃焼室15内において空間的に濃度差が生じるようにオゾンを供給することで、燃焼室15内で相対的にオゾン濃度(より厳密には酸素ラジカル濃度)が高い領域に存在する予混合気の自着火時期に対して、燃焼室15内で相対的にオゾン濃度が低い領域に存在する予混合気の自着火時期を遅くすることができる。すなわち、燃焼室15内において空間的に濃度差が生じるようにオゾンを供給することで、時間差を設けて段階的に圧縮自着火燃焼を生じさせることができる。   Therefore, by supplying ozone so that a concentration difference occurs spatially in the combustion chamber 15, premixing that exists in a region where the ozone concentration (more strictly speaking, oxygen radical concentration) is relatively high in the combustion chamber 15. The self-ignition timing of the premixed gas existing in the region where the ozone concentration is relatively low in the combustion chamber 15 can be delayed with respect to the self-ignition timing of the gas. That is, by supplying ozone so that a concentration difference spatially occurs in the combustion chamber 15, it is possible to cause compression auto-ignition combustion in stages with a time difference.

また一方で、例えば燃焼室15内のオゾン濃度が所定値以上のときに1次燃料噴射を実施すると共に、その後にオゾン濃度が所定値未満まで低下してから2次燃料噴射を実施することで、燃焼室15内において時間的に濃度差が生じるようにオゾンを供給しても、時間差を設けて段階的に圧縮自着火燃焼を生じさせることができる。   On the other hand, for example, when the ozone concentration in the combustion chamber 15 is equal to or higher than a predetermined value, the primary fuel injection is performed, and then the secondary fuel injection is performed after the ozone concentration is reduced to a value lower than the predetermined value. Even if ozone is supplied so that a concentration difference occurs with time in the combustion chamber 15, compression auto-ignition combustion can be caused stepwise by providing a time difference.

図7は、燃焼室15内において空間的に濃度差が生じるように吸気行程中にオゾンを供給しつつ、燃料噴射弁31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を伴う予混合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。   FIG. 7 shows a premixed compression with ignition assist without changing the total amount of fuel injected from the fuel injection valve 31 while supplying ozone during the intake stroke so that a spatial concentration difference occurs in the combustion chamber 15. It is the figure which showed the relationship between the crank angle at the time of implementing self-ignition combustion, and a heat release rate.

図7において、熱発生率パターンC1は、着火アシスト燃料により形成されたリッチ混合気が火炎伝播燃焼したときの熱発生率パターンであり、上述した熱発生率パターンA1と同様な熱発生率パターンである。熱発生率パターンC21は、燃焼室15内で相対的にオゾン濃度が高い領域に存在する予混合気が圧縮自着火燃焼したときの熱発生率パターンである。熱発生率パターンC22は、燃焼室15内で相対的にオゾン濃度が低い領域に存在する予混合気が圧縮自着火燃焼したときの熱発生率パターンである。熱発生率パターンCは、熱発生率パターンC1と熱発生率パターンC21と熱発生率パターンC22とを足し合わせた実際の熱発生率パターンである。   In FIG. 7, the heat generation rate pattern C1 is a heat generation rate pattern when the rich mixture formed by the ignition assist fuel is subjected to flame propagation combustion, and is a heat generation rate pattern similar to the heat generation rate pattern A1 described above. is there. The heat generation rate pattern C21 is a heat generation rate pattern when the premixed gas present in the region where the ozone concentration is relatively high in the combustion chamber 15 is subjected to compression self-ignition combustion. The heat release rate pattern C22 is a heat release rate pattern when the premixed gas present in the region where the ozone concentration is relatively low in the combustion chamber 15 is subjected to compression self-ignition combustion. The heat generation rate pattern C is an actual heat generation rate pattern obtained by adding the heat generation rate pattern C1, the heat generation rate pattern C21, and the heat generation rate pattern C22.

燃焼室15内において濃度差が生じるようにオゾンが供給されていると、熱発生率パターンC21に示すように、燃焼室15内で相対的にオゾン濃度が高い領域に存在する予混合気が先に自着火を起こす。そして、熱発生率パターンC22に示すように、燃焼室15内で相対的にオゾン濃度が低い領域に存在する予混合気が遅れて自着火を起こす。この結果、燃焼室15内で相対的にオゾン濃度が高い領域における燃焼と、燃焼室15内で相対的にオゾン濃度が低い領域における燃焼とが分散して生じることになる。   When ozone is supplied so as to cause a concentration difference in the combustion chamber 15, as shown in the heat generation rate pattern C21, the premixed gas existing in the region where the ozone concentration is relatively high in the combustion chamber 15 is first. Cause self-ignition. And as shown in the heat release rate pattern C22, the premixed gas existing in the region where the ozone concentration is relatively low in the combustion chamber 15 is delayed and causes self-ignition. As a result, combustion in a region where the ozone concentration is relatively high in the combustion chamber 15 and combustion in a region where the ozone concentration is relatively low in the combustion chamber 15 occur in a dispersed manner.

熱発生率パターンC21及び熱発生率パターンC22のそれぞれのピーク値及び自着火燃焼初期における傾きは、図6に示した熱発生率パターンAのピーク値及び自着火燃焼初期における傾きよりも小さくなる。これは、熱発生率パターンAの形成に寄与する燃料の量と比較して、熱発生率パターンC21の形成に寄与する燃料の量、及び熱発生率パターンC22の形成に寄与する燃料の量はそれぞれ少なくなり、同時期に着火する燃料の量が分散されるためである。その結果、図7に示すように、実際の燃焼波形である熱発生率パターンCのピーク値及び自着火燃焼初期における傾きも、熱発生率パターンAのピーク値及び自着火燃焼初期における傾きよりも小さくなる。   The peak value of each of the heat generation rate pattern C21 and the heat generation rate pattern C22 and the inclination in the initial stage of autoignition combustion are smaller than the peak value of the heat generation rate pattern A shown in FIG. This is because the amount of fuel contributing to the formation of the heat generation rate pattern C21 and the amount of fuel contributing to the formation of the heat generation rate pattern C22 are compared with the amount of fuel contributing to the formation of the heat generation rate pattern A. This is because the amount of fuel igniting at the same time is dispersed, and the amount of fuel ignited at the same time is dispersed. As a result, as shown in FIG. 7, the peak value of the heat generation rate pattern C, which is an actual combustion waveform, and the slope at the initial stage of autoignition combustion are also larger than the peak value of the heat generation rate pattern A and the slope at the initial stage of autoignition combustion Get smaller.

したがって、このように時間差を設けて段階的に圧縮自着火燃焼を生じさせることで、燃焼騒音を低減させることができる。そこで本実施形態では、運転モードがCI運転モードのときには、時間差を設けて段階的に圧縮自着火燃焼が生じるように、機関運転状態に応じた目標オゾン供給量のオゾンを燃焼室15内に供給するようにしている。   Therefore, combustion noise can be reduced by providing a time difference in this manner and causing compression auto-ignition combustion in stages. Therefore, in the present embodiment, when the operation mode is the CI operation mode, ozone with a target ozone supply amount corresponding to the engine operation state is supplied into the combustion chamber 15 so that compression auto-ignition combustion occurs in stages with a time difference. Like to do.

なお、本実施形態では、運転モードがCI運転モードのときには、段階的に圧縮自着火燃焼が生じるように、オゾン供給装置からオゾンを供給している。したがって、本実施形態では、機関運転状態が図4において実線で囲まれた自着火領域RR内にあれば、オゾン供給装置からオゾンが供給される。したがって、図4において実線で囲まれた自着火領域RRは、オゾン供給が行われるオゾン供給領域ということもできる。   In the present embodiment, when the operation mode is the CI operation mode, ozone is supplied from the ozone supply device so that compression auto-ignition combustion occurs in stages. Therefore, in this embodiment, if the engine operating state is within the auto-ignition region RR surrounded by the solid line in FIG. 4, ozone is supplied from the ozone supply device. Therefore, the self-ignition region RR surrounded by a solid line in FIG. 4 can also be referred to as an ozone supply region in which ozone is supplied.

しかしながら、オゾン供給装置によるオゾンの供給は、運転モードがCI運転モードのときに常に行う必要は無い。CI運転モードにおいて燃焼騒音が大きくなるのは、図4の自着火領域RR内のなかでも特に機関負荷が高い領域である。したがって、図4の自着火領域RRのうち負荷が高い領域においてのみオゾン供給装置からオゾンの供給を行ってもよい。この場合、図4の自着火領域RRのうち負荷が高い領域が、オゾン供給が行われるオゾン供給領域となる。   However, it is not always necessary to supply ozone by the ozone supply device when the operation mode is the CI operation mode. The combustion noise increases in the CI operation mode in a region where the engine load is particularly high in the self-ignition region RR of FIG. Therefore, ozone may be supplied from the ozone supply device only in a region where the load is high in the self-ignition region RR of FIG. In this case, a region having a high load in the self-ignition region RR in FIG. 4 is an ozone supply region in which ozone is supplied.

≪基本的な燃焼制御のフローチャート≫
図8は、オゾン供給装置からのオゾン供給を伴う基本的な燃焼制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは、一定時間間隔の割り込みによって行われる。
≪Basic combustion control flowchart≫
FIG. 8 is a flowchart showing a control routine of basic combustion control with ozone supply from the ozone supply device. The illustrated control routine is performed by interruption at regular time intervals.

図8を参照すると、まずステップS11において、負荷センサ88によって検出された機関負荷及びクランク角センサ89に基づいて算出された機関回転速度を用いて、機関運転状態が検出される。次いで、ステップS12において、ステップS11にて検出された現在の機関運転状態が自着火領域RR内にあるか否かが判断される。ステップS12において、現在の機関運転状態が自着火領域RR内にあると判断された場合には、ステップS13へと進む。   Referring to FIG. 8, first, in step S <b> 11, the engine operating state is detected using the engine load detected by the load sensor 88 and the engine speed calculated based on the crank angle sensor 89. Next, in step S12, it is determined whether or not the current engine operating state detected in step S11 is within the self-ignition region RR. If it is determined in step S12 that the current engine operating state is within the auto-ignition region RR, the process proceeds to step S13.

ステップS13では、負荷センサ88によって検出された機関負荷等に基づいて総燃料噴射量IMが算出される。総燃料噴射量IMは、例えば、機関負荷と総燃料噴射量との関係を定めたマップをECU71のROM74に保存し、このマップを用いて機関負荷に基づいて算出される。総燃料噴射量IMは、機関負荷が大きくなるほど多くなるように設定される。   In step S13, the total fuel injection amount IM is calculated based on the engine load and the like detected by the load sensor 88. The total fuel injection amount IM is calculated based on the engine load using, for example, a map that defines the relationship between the engine load and the total fuel injection amount stored in the ROM 74 of the ECU 71. The total fuel injection amount IM is set so as to increase as the engine load increases.

次いで、ステップS14では、総燃料噴射量IMに対する着火アシスト燃料の噴射量IMaの割合Rが算出される。割合Rは、例えば、機関負荷が小さくなるほど、大きくなるように設定される。これは、機関負荷が小さくなるほど吸入空気量が減少し、予混合気の温度及び圧力が低下して圧縮自着火燃焼が発生しにくくなることから、機関負荷が小さくなったときに圧縮自着火燃焼が発生し易くなるように着火アシスト燃料の噴射量を増大させるようにしている。   Next, in step S14, a ratio R of the injection amount IMa of the ignition assist fuel with respect to the total fuel injection amount IM is calculated. For example, the ratio R is set to increase as the engine load decreases. This is because, as the engine load decreases, the amount of intake air decreases, and the temperature and pressure of the premixed gas decreases, making it difficult for compression auto-ignition combustion to occur. Therefore, when the engine load decreases, compression auto-ignition combustion The injection amount of the ignition assist fuel is increased so as to make it easier to generate.

次いで、ステップS15では、ステップS13において算出された総燃料噴射量IMと、ステップS14において算出された着火アシスト噴射割合Rとに基づいて、メイン燃料の噴射量IMm及び着火アシスト燃料の噴射量IMaが算出される。次いで、ステップS16では、ECU71のROM74に保存された予め定められたマップ等を用いて、機関負荷及び機関回転速度に基づいて、メイン燃料の噴射時期Tm、着火アシスト燃料の噴射時期Ta及び点火プラグ16による点火時期Tigが算出される。メイン燃料の噴射時期、着火アシスト燃料の噴射時期及び点火時期は、例えば、機関回転速度が速くなるほど進角されるように設定される。   Next, in step S15, based on the total fuel injection amount IM calculated in step S13 and the ignition assist injection ratio R calculated in step S14, the main fuel injection amount IMm and the ignition assist fuel injection amount IMa are obtained. Calculated. Next, in step S16, based on the engine load and the engine speed using a predetermined map stored in the ROM 74 of the ECU 71, the main fuel injection timing Tm, the ignition assist fuel injection timing Ta, and the spark plug. 16 is calculated. The injection timing of the main fuel, the injection timing of the ignition assist fuel, and the ignition timing are set so as to be advanced as the engine speed increases, for example.

次いで、ステップS17では、現在の機関運転状態がオゾン供給領域内であるか否かが判断される。本実施形態では、上述したように、オゾン供給領域と自着火領域RRが同一であることから、ステップS17では必ず現在の機関運転状態はオゾン供給領域内ということになり、ステップS18へと進む。ステップS18では、オゾン供給装置から供給すべき供給量が算出される。具体的には、例えば、機関負荷が高いほど燃焼騒音が大きくなることから、オゾン供給量は、機関負荷が高いほどオゾン供給量が多くなるように算出される。   Next, in step S17, it is determined whether or not the current engine operating state is within the ozone supply region. In the present embodiment, as described above, since the ozone supply region and the auto-ignition region RR are the same, in step S17, the current engine operating state is always within the ozone supply region, and the process proceeds to step S18. In step S18, the supply amount to be supplied from the ozone supply device is calculated. Specifically, for example, since the combustion noise increases as the engine load increases, the ozone supply amount is calculated such that the ozone supply amount increases as the engine load increases.

一方、上述したように、オゾン供給領域が自着火領域RR内の一部の領域である場合、ステップS17において現在の機関運転状態がオゾン供給領域内にはないと判断される場合がある。この場合には、ステップS17からステップS19へと進み、オゾン供給装置からのオゾン供給量がゼロに設定される。   On the other hand, as described above, when the ozone supply region is a partial region within the auto-ignition region RR, it may be determined in step S17 that the current engine operation state is not within the ozone supply region. In this case, the process proceeds from step S17 to step S19, and the ozone supply amount from the ozone supply device is set to zero.

なお、ステップS12において、現在の機関運転状態が自着火領域RR内にないと判断された場合には、ステップS20へと進む。ステップS20では、SI運転モードにて燃焼室15内での燃焼が行われるように燃料噴射弁31、点火プラグ16等が制御される。   If it is determined in step S12 that the current engine operating state is not within the self-ignition region RR, the process proceeds to step S20. In step S20, the fuel injection valve 31, the spark plug 16, and the like are controlled so that the combustion in the combustion chamber 15 is performed in the SI operation mode.

≪オゾン供給装置の故障≫
ところで、オゾン供給装置が故障して、オゾン供給装置から燃焼室15内に十分にオゾンを供給することができなくなると、燃焼騒音を十分に低減させることができなくなるか、或いは予混合気を圧縮自着火燃焼させることができずに失火する虞がある。以下、図9を参照して、斯かる現象について説明する。
≪Ozone supply device failure≫
By the way, if the ozone supply device fails and ozone cannot be sufficiently supplied from the ozone supply device into the combustion chamber 15, the combustion noise cannot be reduced sufficiently, or the premixed gas is compressed. There is a risk of misfire without being able to self-ignite and burn. Hereinafter, such a phenomenon will be described with reference to FIG.

図9は、オゾン供給装置が故障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9中に破線で示した熱発生率パターンCは、オゾン供給装置が故障していない場合における熱発生率パターンを示しており、図7における熱発生率パターンCと同様である。一方、図9中に実線で示した熱発生率パターンD及び一点鎖線で示した熱発生率パターンEは、オゾン供給装置が故障している場合における熱発生率パターンを示している。   FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the crank angle and the heat generation rate when the ozone supply device fails. A heat generation rate pattern C indicated by a broken line in FIG. 9 indicates a heat generation rate pattern in the case where the ozone supply device has not failed, and is the same as the heat generation rate pattern C in FIG. On the other hand, the heat release rate pattern D indicated by the solid line and the heat release rate pattern E indicated by the alternate long and short dash line in FIG. 9 indicate the heat release rate pattern in the case where the ozone supply device has failed.

本実施形態のように、燃焼室15内において空間的に濃度差が生じるようにオゾンを供給している場合には、実際のオゾン供給量が目標オゾン供給量よりも少なくなると、燃焼室15内におけるオゾン濃度差が通常よりも小さくなってしまう。そのため、燃焼室15内で相対的にオゾン濃度が高い領域に存在する予混合気の自着火時期と、燃焼室15内で相対的にオゾン濃度が低い領域に存在する予混合気の自着火時期とに時間差が短くなる。この結果、燃焼室15内で相対的にオゾン濃度が高い領域における燃焼と、燃焼室15内で相対的にオゾン濃度が低い領域における燃焼とが十分に分散せずに生じることになる。特に、オゾン供給装置の故障により実際のオゾン供給量がほぼゼロになると、燃焼室15内においてオゾンに空間的な濃度差は生じなくなり、燃焼が分散されなくなる。このため、図9に実線Dで示したように熱発生率パターンのピーク値及び自着火燃焼初期における傾きを十分に低下させることができなくなり、燃焼騒音を十分に低減させることができなくなる。   As in the present embodiment, when ozone is supplied so as to produce a spatial density difference in the combustion chamber 15, if the actual ozone supply amount becomes smaller than the target ozone supply amount, The difference in ozone concentration in the water becomes smaller than usual. Therefore, the self-ignition timing of the premixed gas existing in the region where the ozone concentration is relatively high in the combustion chamber 15 and the self-ignition timing of the premixed gas existing in the region where the ozone concentration is relatively low in the combustion chamber 15. And the time difference becomes shorter. As a result, combustion in a region where the ozone concentration is relatively high in the combustion chamber 15 and combustion in a region where the ozone concentration is relatively low in the combustion chamber 15 occur without being sufficiently dispersed. In particular, when the actual ozone supply amount becomes almost zero due to a failure of the ozone supply device, there is no spatial concentration difference in ozone in the combustion chamber 15 and combustion is not dispersed. For this reason, as indicated by the solid line D in FIG. 9, the peak value of the heat generation rate pattern and the inclination in the initial stage of the auto-ignition combustion cannot be sufficiently reduced, and the combustion noise cannot be sufficiently reduced.

一方、オゾン供給装置から燃焼室15内にオゾンを供給する場合、オゾン供給装置から燃焼室15内にオゾンを供給しない場合に比べて早期に圧縮自着火燃焼が生じ易くなる。このように圧縮自着火燃焼の発生が適切な時期よりも早くなると、十分な機関出力を得られなくなる。このため、オゾン供給装置から燃焼室15内にオゾンを供給する場合には、オゾン供給装置から燃焼室15内にオゾンを供給しない場合に比べて、予混合気の圧縮自着火燃焼が生じる時期が遅くなるように燃料噴射時期等が制御される。具体的には、例えば、メイン燃料の噴射時期が遅角される。   On the other hand, when ozone is supplied into the combustion chamber 15 from the ozone supply device, compression autoignition combustion is likely to occur earlier than when ozone is not supplied into the combustion chamber 15 from the ozone supply device. As described above, when the generation of compression auto-ignition combustion becomes earlier than an appropriate time, sufficient engine output cannot be obtained. For this reason, when ozone is supplied into the combustion chamber 15 from the ozone supply device, the time at which the compression mixture ignition combustion of the premixed gas occurs is compared with a case where ozone is not supplied into the combustion chamber 15 from the ozone supply device. The fuel injection timing and the like are controlled so as to be delayed. Specifically, for example, the injection timing of the main fuel is retarded.

これに対して、オゾン供給装置の故障により実際のオゾン供給量が目標オゾン供給量よりも少なくなると、予混合気の圧縮自着火燃焼が生じる時期が遅くなるように燃料噴射時期等が制御されているにも関わらず、圧縮自着火燃焼が生じにくくなる。この結果、予混合気の圧縮自着火燃焼の発生時期が遅くなり、場合によっては、予混合気の圧縮自着火燃焼が生じなくなる(失火)。このように、失火が生じた場合、着火アシストによる火炎伝播燃焼のみが生じることになるため、図9に一点鎖線Eで示したような熱発生率パターンとなる。   On the other hand, when the actual ozone supply amount becomes smaller than the target ozone supply amount due to the failure of the ozone supply device, the fuel injection timing and the like are controlled so that the timing at which the compression mixture ignition combustion of the premixed gas occurs is delayed. Despite this, compression self-ignition combustion is less likely to occur. As a result, the time of occurrence of compression auto-ignition combustion of the premixed gas is delayed, and in some cases, compression auto-ignition combustion of the premixed gas does not occur (misfire). In this way, when misfire occurs, only flame propagation combustion by ignition assist occurs, and thus a heat generation rate pattern as shown by a one-dot chain line E in FIG.

このように、オゾン供給装置が故障すると、燃焼騒音の増大又は予混合気の圧縮自着火燃焼の失火が生じ、内燃機関の運転を継続するのが困難になる。したがって、オゾン供給装置が故障した場合であっても、内燃機関の運転を継続することができるように、失火等の発生を抑制しつつ、燃焼騒音の増大を抑制することが望ましい。   Thus, if the ozone supply device fails, an increase in combustion noise or misfire of compression auto-ignition combustion of the premixed gas occurs, making it difficult to continue the operation of the internal combustion engine. Therefore, it is desirable to suppress an increase in combustion noise while suppressing the occurrence of misfire, etc., so that the operation of the internal combustion engine can be continued even when the ozone supply device fails.

≪燃焼騒音及び失火と着火アシストとの関係≫
図10を参照して、オゾン供給装置の故障により、燃焼騒音を十分に低減させることができなくなった場合について考える。図10は、オゾン供給装置が故障したことによって燃焼騒音を十分に低減させることができなくなった場合等における、クランク角と熱発生率との関係を示した図である。図10中に一点鎖線で示した熱発生率パターンDは、オゾン供給装置が故障して燃焼騒音を十分に低減することができない場合における熱発生率パターンを示しており、図9における熱発生率パターンDと同様である。また、図10中に一点鎖線で示したメイン燃料及び着火アシスト燃料の噴射時期及び噴射量並びに点火時期は、図9に示した噴射時期及び噴射量並びに点火時期と同様である。
≪Relationship between combustion noise and misfire and ignition assistance≫
Referring to FIG. 10, a case where combustion noise cannot be sufficiently reduced due to a failure of the ozone supply device will be considered. FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the crank angle and the heat generation rate when the combustion noise cannot be sufficiently reduced due to the failure of the ozone supply device. The heat generation rate pattern D indicated by the alternate long and short dash line in FIG. 10 shows the heat generation rate pattern when the ozone supply device fails and combustion noise cannot be sufficiently reduced, and the heat generation rate pattern in FIG. The same as pattern D. Further, the injection timing, injection amount, and ignition timing of the main fuel and the ignition assist fuel indicated by the alternate long and short dash line in FIG. 10 are the same as the injection timing, injection amount, and ignition timing shown in FIG.

一方、図10中に実線で示したメイン燃料及び着火アシスト燃料の噴射量は、図10中に一点鎖線で示したメイン燃料及び着火アシスト燃料の噴射量と比べて、総燃料噴射量は同一ながらも、メイン燃料の噴射量が少なく、着火アシスト燃料の噴射量が多くされている。すなわち、図10中に実線で示した例では、図10中に一点鎖線で示した例に比べて、総燃料噴射量に対する着火アシスト燃料の噴射量の割合が増大されている。   On the other hand, the injection amounts of the main fuel and the ignition assist fuel indicated by the solid line in FIG. 10 are the same as the injection amounts of the main fuel and the ignition assist fuel indicated by the one-dot chain line in FIG. However, the injection amount of the main fuel is small and the injection amount of the ignition assist fuel is increased. That is, in the example indicated by the solid line in FIG. 10, the ratio of the injection amount of the ignition assist fuel to the total fuel injection amount is increased compared to the example indicated by the alternate long and short dash line in FIG. 10.

図10において、熱発生率パターンF1は、着火アシスト燃料により形成されたリッチ混合気が火炎伝播燃焼したときの熱発生率パターンであり、熱発生率パターンF2は、メイン燃料により形成された予混合気が圧縮自着火燃焼したときの熱発生率パターンである。上述したように、図10に実線で示した例では、図10に一点鎖線で示した例に比べて、着火アシスト燃料の噴射量が多い。このため、着火アシスト燃料によって形成されたリッチ混合気の火炎伝播燃焼によって生じる発熱量が大きくなり、よって熱発生率パターンF1における熱発生率は全体的に大きくなる。一方、図10に実線で示した例では、図10に一点鎖線で示した例に比べて、メイン燃料の噴射量が少ない。このため、メイン燃料によって形成された予混合気の圧縮自着火燃焼によって生じる発熱量が小さくなり、よって熱発生率パターンF2における熱発生率は全体的に小さくなる。この結果、燃焼室15では、熱発生率パターンFで示したように熱発生率が推移することになる。   In FIG. 10, the heat generation rate pattern F1 is a heat generation rate pattern when the rich mixture formed by the ignition assist fuel is flame-propagated and combusted, and the heat generation rate pattern F2 is the premixing formed by the main fuel. It is a heat release rate pattern when Qi is compressed auto-ignition combustion. As described above, in the example shown by the solid line in FIG. 10, the injection amount of the ignition assist fuel is larger than in the example shown by the alternate long and short dash line in FIG. For this reason, the amount of heat generated by the flame propagation combustion of the rich air-fuel mixture formed by the ignition assist fuel increases, and thus the heat generation rate in the heat generation rate pattern F1 increases overall. On the other hand, in the example shown by the solid line in FIG. 10, the injection amount of the main fuel is smaller than in the example shown by the one-dot chain line in FIG. For this reason, the calorific value generated by the compression auto-ignition combustion of the premixed gas formed by the main fuel is reduced, so that the heat generation rate in the heat generation rate pattern F2 is reduced as a whole. As a result, in the combustion chamber 15, the heat generation rate changes as shown by the heat generation rate pattern F.

ここで、図10から分かるように、熱発生率パターンFでは、熱発生率パターンDに比べて、熱発生率パターンのピーク値及び自着火燃焼初期における傾きが小さい。このため、熱発生率パターンFでは、熱発生率パターンDに比べて、燃焼騒音が小さい。したがって、オゾン供給装置の故障により燃焼騒音を十分に低減することができなくなった場合には、総燃料噴射量に対する着火アシスト燃料の噴射量の割合を増大させることにより、燃焼騒音を十分に低減させることができるようになる。   Here, as can be seen from FIG. 10, in the heat generation rate pattern F, the peak value of the heat generation rate pattern and the slope in the initial stage of autoignition combustion are smaller than in the heat generation rate pattern D. For this reason, in the heat release rate pattern F, the combustion noise is smaller than in the heat release rate pattern D. Therefore, when the combustion noise cannot be sufficiently reduced due to a failure of the ozone supply device, the combustion noise is sufficiently reduced by increasing the ratio of the injection amount of the ignition assist fuel to the total fuel injection amount. Will be able to.

次に、図11を参照して、オゾン供給装置の故障により、予混合気を圧縮自着火燃焼させることができずに失火する場合について考える。図11は、オゾン供給装置が故障したことによって予混合気が圧縮自着火燃焼せずに失火した場合等における、クランク角と熱発生率との関係を示した図である。図11中に一点鎖線で示した熱発生率パターンEは、オゾン供給装置が故障して失火が生じた場合における熱発生率パターンを示しており、図9における熱発生率パターンEと同様である。また、図11中に一点鎖線で示したメイン燃料及び着火アシスト燃料の噴射時期及び噴射量並びに点火時期は、図9に示した噴射時期及び噴射量並びに点火時期と同様である。   Next, with reference to FIG. 11, a case will be considered in which the premixed gas cannot be subjected to compression self-ignition combustion due to a failure of the ozone supply device and misfires. FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the crank angle and the heat generation rate in the case where the premixed gas misfires without causing compression autoignition combustion due to a failure of the ozone supply device. A heat generation rate pattern E indicated by a one-dot chain line in FIG. 11 shows a heat generation rate pattern when the ozone supply device fails and misfire occurs, and is similar to the heat generation rate pattern E in FIG. . Further, the injection timing, injection amount, and ignition timing of the main fuel and ignition assist fuel indicated by the one-dot chain line in FIG. 11 are the same as the injection timing, injection amount, and ignition timing shown in FIG.

一方、図11中に実線で示したメイン燃料及び着火アシスト燃料の噴射量は、図11中に一点鎖線で示したメイン燃料及び着火アシスト燃料の噴射量と比べて、総燃料噴射量は同一ながらも、メイン燃料の噴射量が少なく、着火アシスト燃料の噴射量が多くされている。すなわち、図11中に実線で示した例では、図11中に一点鎖線で示した例に比べて、総燃料噴射量に対する着火アシスト燃料の噴射量の割合が増大されている。加えて、図11中に実線で示した着火アシスト燃料の噴射時期及び点火時期は、図11中に一点鎖線で示した着火アシスト燃料の噴射時期及び点火時期と比べて、進角されている。   On the other hand, the injection amounts of the main fuel and the ignition assist fuel indicated by the solid line in FIG. 11 are the same as the injection amounts of the main fuel and the ignition assist fuel indicated by the one-dot chain line in FIG. However, the injection amount of the main fuel is small and the injection amount of the ignition assist fuel is increased. That is, in the example shown by the solid line in FIG. 11, the ratio of the injection amount of the ignition assist fuel to the total fuel injection amount is increased compared to the example shown by the alternate long and short dash line in FIG. In addition, the injection timing and ignition timing of the ignition assist fuel indicated by the solid line in FIG. 11 are advanced compared to the injection timing and ignition timing of the ignition assist fuel indicated by the one-dot chain line in FIG.

図11において、熱発生率パターンG1は、着火アシスト燃料により形成されたリッチ混合気が火炎伝播燃焼したときの熱発生率パターンであり、熱発生率パターンG2は、メイン燃料により形成された予混合気が圧縮自着火燃焼したときの熱発生率パターンである。上述したように、図11に実線で示した例では、図11に一点鎖線で示した例に比べて、着火アシスト燃料の噴射時期及び点火時期が進角されている。このため、着火アシスト燃料によって形成されたリッチ混合気による火炎伝播燃焼は一点鎖線で示した例に比べて早期に発生する。この結果、リッチ混合気が火炎伝播燃焼したときの熱発生率パターンG1では、ピークの発生する時期が進角されてTDCに近づく。ピストン14が上昇することによる燃焼室15内の温度及び圧力のピークはTDCであるため、熱発生率パターンG1のピークをTDCに近づけることによって、燃焼室15内の温度及び圧力のピークを高めることができる。   In FIG. 11, the heat generation rate pattern G1 is a heat generation rate pattern when the rich mixture formed by the ignition assist fuel is subjected to flame propagation combustion, and the heat generation rate pattern G2 is the premixing formed by the main fuel. It is a heat release rate pattern when Qi is compressed auto-ignition combustion. As described above, in the example shown by the solid line in FIG. 11, the injection timing and the ignition timing of the ignition assist fuel are advanced compared to the example shown by the alternate long and short dash line in FIG. 11. For this reason, flame propagation combustion by the rich air-fuel mixture formed by the ignition assist fuel occurs earlier than the example shown by the alternate long and short dash line. As a result, in the heat generation rate pattern G1 when the rich air-fuel mixture burns and propagates through the flame, the time when the peak occurs is advanced and approaches TDC. Since the peak of the temperature and pressure in the combustion chamber 15 due to the rise of the piston 14 is TDC, the peak of the temperature and pressure in the combustion chamber 15 is increased by bringing the peak of the heat generation rate pattern G1 close to TDC. Can do.

加えて、図11に実線で示した例では、図11に一点鎖線で示した例に比べて、着火アシスト燃料の燃料噴射量が多い。このため、着火アシスト燃料によって形成されたリッチ混合気の火炎伝播燃焼によって生じる発熱量が大きくなり、よって熱発生率パターンG1における熱発生率は全体的に大きくなる。この結果、熱発生率パターンG1におけるピーク値が大きくなり、熱発生率パターンG1においてピークが発生する時期における燃焼室15内の温度及び圧力を高めることができる。   In addition, the fuel injection amount of the ignition assist fuel is larger in the example shown by the solid line in FIG. 11 than in the example shown by the alternate long and short dash line in FIG. For this reason, the amount of heat generated by the flame propagation combustion of the rich air-fuel mixture formed by the ignition assist fuel increases, and thus the heat generation rate in the heat generation rate pattern G1 increases overall. As a result, the peak value in the heat generation rate pattern G1 increases, and the temperature and pressure in the combustion chamber 15 at the time when the peak occurs in the heat generation rate pattern G1 can be increased.

このように、着火アシスト燃料の噴射時期及び点火時期を進角させることにより、リッチ混合気の火炎伝播燃焼による燃焼室15内の温度及び圧力のピークを高めることができる。加えて、着火アシスト燃料の噴射量を多くすることにより、リッチ混合気の火炎伝播燃焼が発生しているときの燃焼室15内の温度及び圧力を高めることができる。その結果、予混合気の圧縮自着火燃焼を発生させるべきタイミングにおいて、燃焼室15内の温度及び圧力を高めることができ、最終的に予混合気が圧縮自着火燃焼せずに失火してしまうことを抑制することができる。したがって、オゾン供給装置の故障により予混合気を圧縮自着火燃焼させることができずに失火する場合には、着火アシスト燃料の噴射時期及び点火時期を進角させると共に総燃料噴射量に対する着火アシスト燃料の噴射量の噴射割合を増大させることにより、予混合気が圧縮自着火燃焼せずに失火するのを抑制することができる。   Thus, by advancing the injection timing and ignition timing of the ignition assist fuel, it is possible to increase the temperature and pressure peaks in the combustion chamber 15 due to the flame propagation combustion of the rich mixture. In addition, by increasing the injection amount of the ignition assist fuel, the temperature and pressure in the combustion chamber 15 when the flame propagation combustion of the rich mixture is occurring can be increased. As a result, the temperature and pressure in the combustion chamber 15 can be increased at the timing at which the compression mixture of the premixed gas should be generated, and the premixed gas will eventually be misfired without performing the compression ignition combustion. This can be suppressed. Therefore, when the premixed mixture cannot be combusted by compression auto-ignition combustion due to a failure of the ozone supply device, the ignition assist fuel injection timing and ignition timing are advanced, and the ignition assist fuel relative to the total fuel injection amount is advanced. By increasing the injection ratio of the injection amount, it is possible to suppress the premixed gas from being misfired without compression self-ignition combustion.

≪オゾン供給装置故障時の制御≫
そこで、上述したような燃焼騒音及び失火と着火アシストとの関係に着目して、本実施形態では、制御装置70の制御部は以下のような制御を行っている。
≪Control when ozone supply device fails≫
Therefore, paying attention to the above-described relationship between combustion noise and misfire and ignition assist, in the present embodiment, the control unit of the control device 70 performs the following control.

すなわち、制御装置70の制御部は、故障診断部によりオゾン供給装置が故障していると判定され且つ機関運転状態がオゾン供給領域内にある場合には、燃焼安定性検出部によって検出されたIMEPのCOVの値が所定の第1閾値(例えば、3%)よりも大きいとき(すなわち、不安定側の値であるとき)には、第1閾値よりも小さいとき(すなわち、安定側の値であるとき)に比べて、着火アシスト燃料の噴射時期及び点火時期を進角させると共に総燃料噴射量に対する着火アシスト燃料の噴射量の割合を増大させる。   In other words, the control unit of the control device 70 determines that the ozone supply device has failed by the failure diagnosis unit and the IMEP detected by the combustion stability detection unit when the engine operating state is within the ozone supply region. When the value of COV is greater than a predetermined first threshold (for example, 3%) (that is, the value on the unstable side), the value is smaller than the first threshold (that is, the value on the stable side). Compared to a certain time), the injection timing and ignition timing of the ignition assist fuel are advanced, and the ratio of the injection amount of the ignition assist fuel to the total fuel injection amount is increased.

特に、本実施形態では、IMEPのCOVの値が第1閾値よりも大きいときには、COVの値が大きくなるほど、着火アシスト燃料の噴射時期及び点火時期を大きく進角させるようにしている。COVの値が大きいほど燃焼がより不安定であることを意味しているところ、このようにCOVの値が大きいほど着火アシスト燃料の燃焼時期を進角させることで、着火アシスト燃料の燃焼による燃焼室15内の温度及び圧力の上昇をモータリングによる燃焼室15内の温度及び圧力に上昇に合わせることができ、よって圧縮自着火燃焼をより生じ易くさせることができる。   In particular, in this embodiment, when the COV value of IMEP is larger than the first threshold value, the injection timing and the ignition timing of the ignition assist fuel are advanced more greatly as the COV value increases. This means that the larger the value of COV is, the more unstable the combustion is. Thus, the larger the value of COV is, the more the combustion timing of the ignition assist fuel is advanced. The increase in the temperature and pressure in the chamber 15 can be matched to the increase in the temperature and pressure in the combustion chamber 15 by motoring, so that compression auto-ignition combustion can be more easily generated.

加えて、IMEPのCOVの値が第1閾値よりも大きいときには、COVの値が大きくなるほど、総燃料噴射量に対する着火アシスト燃料の噴射量の割合をより大きく増大させるようにしている。上述したようにCOVの値が大きいほど燃焼がより不安定であることを意味しているところ、このようにCOVの値が大きいほど着火アシスト燃料の燃焼による発熱量を大きくすることで、予混合気の圧縮自着火燃焼をより生じ易くさせることができる。   In addition, when the COEP value of IMEP is larger than the first threshold value, the ratio of the injection amount of the ignition assist fuel to the total fuel injection amount is increased more as the COV value becomes larger. As described above, the larger the value of COV means that the combustion is more unstable. In this way, the larger the value of COV, the larger the amount of heat generated by the combustion of the ignition assist fuel. Compressive self-ignition combustion can be more easily generated.

図12は、IMEPのCOVの値から第1閾値を減算したΔCOVと、着火アシスト燃料の噴射時期及び点火時期の進角側補正量との関係を示す図である。図12からわかるように、ΔCOVが大きくなるほど、すなわちIMPEのCOVの値が第1閾値を超えて大きくなるほど、着火アシスト燃料の噴射時期及び点火時期の進角側補正量が大きくなる。この結果、ΔCOVが大きくなるほど着火アシスト燃料の噴射時期及び点火時期がより大きく進角されることになる。このように算出された進角側補正量は、図8のステップS16において算出された着火アシスト燃料の噴射時期Ta及び点火時期Tigを進角側に補正するのに用いられる。   FIG. 12 is a diagram illustrating a relationship between ΔCOV obtained by subtracting the first threshold value from the COEP value of IMEP and the advance side correction amount of the ignition timing and ignition timing of the ignition assist fuel. As can be seen from FIG. 12, the larger the COV of IMPE, that is, the greater the value of COPE of IMPE exceeds the first threshold value, the larger the advance side correction amount of the ignition assist fuel injection timing and ignition timing. As a result, as ΔCOV increases, the ignition assist fuel injection timing and ignition timing are advanced more greatly. The advance side correction amount calculated in this way is used to correct the ignition assist fuel injection timing Ta and ignition timing Tig calculated in step S16 of FIG. 8 to the advance side.

図13は、IMEPのCOVの値から第1閾値を減算したΔCOVと、総燃料噴射量に対する着火アシスト燃料の噴射量の割合の増加側補正量(以下、「着火アシスト噴射割合の増加側補正量」という)との関係を示す図である。図13からわかるように、ΔCOVが大きくなるほど、すなわちIMPEのCOVの値が第1閾値を超えて大きくなるほど、着火アシスト噴射割合の増加側補正量が大きくなる。この結果、ΔCOVが大きくなるほど、総燃料噴射量に対する着火アシスト燃料の噴射量の割合が多くなる。このように算出された着火アシスト噴射割合の増加側補正量は、図8のステップS14において算出された総燃料噴射量に対する着火アシスト燃料の噴射量の割合Rを増加側に補正するのに用いられる。   FIG. 13 shows ΔCOV obtained by subtracting the first threshold value from the COV value of IMEP and an increase correction amount of the ratio of the injection amount of the ignition assist fuel to the total fuel injection amount (hereinafter referred to as “an increase correction amount of the ignition assist injection ratio). FIG. As can be seen from FIG. 13, as ΔCOV increases, that is, as the value of COPE of IMPE increases beyond the first threshold value, the increase correction amount of the ignition assist injection ratio increases. As a result, as ΔCOV increases, the ratio of the injection amount of the ignition assist fuel to the total fuel injection amount increases. The increase correction amount of the ignition assist injection ratio calculated in this way is used to correct the ratio R of the injection amount of the ignition assist fuel with respect to the total fuel injection amount calculated in step S14 of FIG. 8 to the increase side. .

なお、本実施形態では、第1閾値は予め定められた一定値とされている。しかしながら、第1閾値は必ずしも一定値である必要はなく、機関負荷等に応じて変化するように設定されてもよい。   In the present embodiment, the first threshold value is a predetermined constant value. However, the first threshold value is not necessarily a constant value, and may be set so as to change according to the engine load or the like.

加えて、制御装置70の制御部は、故障診断部によりオゾン供給装置が故障していると判定され且つ機関運転状態がオゾン供給領域内にある場合には、燃焼騒音検出部によって検出されたCNLの値が所定の第2閾値よりも大きいとき(すなわち、騒音が大きい側の値であるとき)には、第2閾値よりも小さいとき(すなわち、騒音が小さい側の値であるとき)に比べて、総燃料噴射量に対する着火アシスト燃料の噴射量の割合を増大させるが、着火アシスト燃料の噴射時期及び前記点火時期は変更しない。   In addition, the control unit of the control device 70 determines that the ozone supply device has failed by the failure diagnosis unit and the CNL detected by the combustion noise detection unit when the engine operating state is within the ozone supply region. When the value is larger than a predetermined second threshold (that is, when the noise is larger), the value is smaller than when the value is smaller than the second threshold (that is, when the noise is smaller). Thus, although the ratio of the injection amount of the ignition assist fuel to the total fuel injection amount is increased, the injection timing of the ignition assist fuel and the ignition timing are not changed.

特に、本実施形態では、CNLの値が第2閾値よりも大きいときには、CNLの値が大きくなるほど、総燃料噴射量に対する着火アシスト燃料の噴射量の割合を大きく増大させるようにしている。CNLの値が大きいほど燃焼騒音が大きくなるところ、このようにCNLの値が大きくなるほど総燃料噴射量に対する着火アシスト燃料の噴射量の割合を増大させることで、予混合気の圧縮自着火燃焼に用いられる燃料の割合を減少させることができ、よって燃焼騒音をより大きく低減させることができる。   In particular, in the present embodiment, when the CNL value is larger than the second threshold value, the ratio of the ignition assist fuel injection amount to the total fuel injection amount is greatly increased as the CNL value increases. As the CNL value increases, the combustion noise increases. Thus, as the CNL value increases, the ratio of the injection amount of the ignition assist fuel to the total fuel injection amount is increased. The proportion of fuel used can be reduced, so that combustion noise can be further reduced.

図14は、CNLの値から第2閾値を減算したΔCNLと、着火アシスト噴射割合の増加側補正量との関係を示す図である。図14からわかるように、ΔCNLが大きくなるほど、すなわちCNLの値が第2閾値を超えて大きくなるほど、着火アシスト噴射割合の増加側補正量が大きくなる。この結果、ΔCNLが大きくなるほど、総燃料噴射量に対する着火アシスト燃料の噴射量の割合が多くなる。このように算出された着火アシスト噴射割合の増加側補正量は、図8のステップS14において算出された総燃料噴射量に対する着火アシスト燃料の噴射量の割合を増加側に補正するのに用いられる。   FIG. 14 is a diagram illustrating a relationship between ΔCNL obtained by subtracting the second threshold value from the CNL value and the increase correction amount of the ignition assist injection ratio. As can be seen from FIG. 14, as ΔCNL increases, that is, as the value of CNL exceeds the second threshold, the increase correction amount of the ignition assist injection ratio increases. As a result, as ΔCNL increases, the ratio of the injection amount of the ignition assist fuel to the total fuel injection amount increases. The increase correction amount of the ignition assist injection ratio calculated in this way is used to correct the ratio of the injection amount of the ignition assist fuel with respect to the total fuel injection amount calculated in step S14 of FIG. 8 to the increase side.

なお、本実施形態では、第2閾値は予め定められた一定値とされている。しかしながら、第2閾値は必ずしも一定値である必要はなく、機関負荷等に応じて変化するように設定されてもよい。この場合、機関負荷が大きいときにはドライバは燃焼騒音が大きくなることを許容できることから、第2閾値は、例えば、機関負荷が大きいほど大きくなるように設定される。   In the present embodiment, the second threshold value is a predetermined constant value. However, the second threshold value is not necessarily a constant value, and may be set so as to change according to the engine load or the like. In this case, since the driver can allow the combustion noise to increase when the engine load is large, the second threshold value is set so as to increase as the engine load increases, for example.

≪オゾン供給装置正常時の制御≫
ところで、オゾン供給装置が故障していない場合であっても、燃焼騒音が増大する場合がある。これは、例えば、実際の実圧縮比が目標実圧縮比よりも高く、その結果、予混合気の圧縮自着火燃焼が急激に発生することによって生じる。或いは、例えば、燃焼室15内に供給される吸気ガスの温度が予想吸気ガス温度よりも高く、その結果、予混合気の圧縮自着火燃焼が急激に発生することによって生じる。
≪Control when ozone supply device is normal≫
By the way, even if the ozone supply device is not broken, combustion noise may increase. This occurs, for example, when the actual actual compression ratio is higher than the target actual compression ratio and as a result, the compression auto-ignition combustion of the premixed gas suddenly occurs. Alternatively, for example, the temperature of the intake gas supplied into the combustion chamber 15 is higher than the expected intake gas temperature, and as a result, the compression auto-ignition combustion of the premixed gas suddenly occurs.

また、オゾン供給装置が故障していない場合であっても、予混合気を圧縮自着火燃焼させることができずに失火する場合がある。これは、例えば、実際の実圧縮比が目標実圧縮比よりも低く、その結果、予混合気が圧縮自着火燃焼する程度にまで十分に燃焼室15内の温度や圧力が上昇しないことによって生じる。或いは、例えば、燃焼室15内に供給される吸気ガスの温度が予想吸気ガス温度よりも低く、その結果、予混合気が圧縮自着火燃焼する程度にまで十分に燃焼室15内の温度が上昇しないことによって生じる。   Moreover, even if the ozone supply device is not out of order, the premixed gas may not be able to be subjected to compression self-ignition combustion and may misfire. This occurs, for example, when the actual actual compression ratio is lower than the target actual compression ratio, and as a result, the temperature and pressure in the combustion chamber 15 do not sufficiently increase to such an extent that the premixed gas undergoes compression self-ignition combustion. . Alternatively, for example, the temperature of the intake gas supplied into the combustion chamber 15 is lower than the expected intake gas temperature, and as a result, the temperature in the combustion chamber 15 sufficiently rises to such an extent that the premixed gas undergoes compression self-ignition combustion. Caused by not doing.

そこで、本実施形態では、オゾン供給装置が故障していない場合に、燃焼騒音が増大したり、予混合気を圧縮自着火燃焼させることができずに失火したりしたときには、制御装置70の制御部はオゾン供給装置によるオゾン供給量を調整するようにしている。燃焼騒音が増大したときに、オゾン供給装置によるオゾン供給量を増大させることで、図7に示した熱発生率パターンC21及び熱発生率パターンC22の発生時期を互いから離すことができ、その結果、燃焼騒音をより低減することができるようになる。また、予混合気を圧縮自着火燃焼させることができずに失火したときに、オゾン供給装置によるオゾン供給量を増大させることで、オゾン濃度が高い領域に存在する予混合気が自着火し易くなり、その結果、予混合気が圧縮自着火燃焼せずに失火してしまうのを抑制することができるようになる。   Therefore, in the present embodiment, when the ozone supply device has not failed, the control of the control device 70 is performed when the combustion noise increases or the premixed gas cannot be subjected to compression self-ignition combustion and misfires. The section adjusts the amount of ozone supplied by the ozone supply device. When the combustion noise increases, by increasing the ozone supply amount by the ozone supply device, the generation timings of the heat generation rate pattern C21 and the heat generation rate pattern C22 shown in FIG. 7 can be separated from each other, and as a result As a result, combustion noise can be further reduced. Further, when the premixed gas cannot be compressed and self-ignited and combusted and misfires, the premixed gas existing in the region where the ozone concentration is high is easily ignited by increasing the ozone supply amount by the ozone supply device. As a result, it is possible to suppress the premixed gas from being misfired without performing compression self-ignition combustion.

ただし、オゾン供給装置によるオゾン供給量にも限界があり、或る一定量以上のオゾンを供給することはできない。したがって、オゾン供給装置によるオゾン供給量を増大しても、燃焼騒音を十分に低減することができていない場合や、予混合気を圧縮自着火燃焼させることができずに失火しているような場合には、オゾン供給装置によるオゾン供給量を増加させること以外の対策が必要である。しかしながら、このとき、総燃料噴射量に対する着火アシスト燃料の噴射量の割合を増加させたり、着火アシスト燃料の噴射時期や点火プラグ16による点火時期を進角させたりすると、排気ガス中のNOxやスモークの増大、又は燃費の悪化を招くことになる。このため、本実施形態では、オゾン供給装置が故障していない場合には、燃焼騒音が増大したり、予混合気を圧縮自着火燃焼させることができずに失火したりしても、総燃料噴射量に対する着火アシスト燃料の噴射量の割合を増加させたり、着火アシスト燃料の噴射時期や点火プラグ16による点火時期を進角させたりしないこととしている。   However, there is a limit to the amount of ozone supplied by the ozone supply device, and ozone exceeding a certain amount cannot be supplied. Therefore, even if the ozone supply amount by the ozone supply device is increased, the combustion noise cannot be sufficiently reduced, or the premixed gas cannot be combusted by compression self-ignition and is misfired. In some cases, measures other than increasing the amount of ozone supplied by the ozone supply device are necessary. However, at this time, if the ratio of the injection amount of the ignition assist fuel to the total fuel injection amount is increased, or the ignition timing of the ignition assist fuel or the ignition timing by the spark plug 16 is advanced, NOx or smoke in the exhaust gas Increase in fuel efficiency or fuel consumption. For this reason, in this embodiment, if the ozone supply device has not failed, even if the combustion noise increases or the premixed gas cannot be combusted by compression autoignition and misfires, the total fuel The ratio of the injection amount of the ignition assist fuel to the injection amount is not increased, and the injection timing of the ignition assist fuel and the ignition timing by the spark plug 16 are not advanced.

一方、オゾン供給装置が故障していない場合に、燃焼騒音が増大したり、予混合気を圧縮自着火燃焼させることができずに失火したりしたときには、上述したように何らかの要因がある。したがって、本実施形態では、この要因に合わせた対策が行われる。例えば、実際の実圧縮比が目標実圧縮比と異なることによって燃焼騒音の増大や失火が生じているような場合には、筒内圧センサ81の出力に基づいて実圧縮比を推定すると共に、実圧縮比が目標圧縮比となるように吸気弁21の閉弁時期が制御される。   On the other hand, when the ozone supply device has not failed, there are some factors as described above when the combustion noise increases or the premixed gas cannot be burned by compression autoignition and misfires. Therefore, in the present embodiment, measures are taken in accordance with this factor. For example, if the actual actual compression ratio is different from the target actual compression ratio and combustion noise increases or misfire occurs, the actual compression ratio is estimated based on the output of the in-cylinder pressure sensor 81 and the actual The closing timing of the intake valve 21 is controlled so that the compression ratio becomes the target compression ratio.

≪補正制御のフローチャート≫
以下、図15〜図17を参照して、制御装置70によって行われる具体的な制御について説明する。
<< Flowchart of correction control >>
Hereinafter, specific control performed by the control device 70 will be described with reference to FIGS. 15 to 17.

図15は、着火アシスト燃料の噴射量や噴射時期及び点火時期の補正制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔の割り込みによって行われる。   FIG. 15 is a flowchart showing a control routine for correction control of the ignition assist fuel injection amount, injection timing, and ignition timing. The illustrated control routine is performed by interruption at regular time intervals.

図15を参照すると、まず、ステップS21では、現在の機関運転状態が自着火領域RR内にあるか否かが判断される。ステップS21において、現在の機関運転状態が自着火領域RR内にないと判断された場合には、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップS21において、現在の機関運転状態が自着火領域RR内にあると判断された場合にはステップS22へと進む。   Referring to FIG. 15, first, in step S21, it is determined whether or not the current engine operating state is within the self-ignition region RR. If it is determined in step S21 that the current engine operating state is not within the auto-ignition region RR, the control routine is terminated. On the other hand, if it is determined in step S21 that the current engine operating state is within the self-ignition region RR, the process proceeds to step S22.

ステップS22では、現在の機関運転状態がオゾン供給領域内であるか否かが判断される。ステップS22において、現在の機関運転状態がオゾン供給領域内にないと判断された場合には、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップS22において、現在の機関運転状態がオゾン供給領域内にあると判断された場合にはステップS23へと進む。   In step S22, it is determined whether or not the current engine operating state is within the ozone supply region. If it is determined in step S22 that the current engine operating state is not within the ozone supply region, the control routine is terminated. On the other hand, if it is determined in step S22 that the current engine operating state is within the ozone supply region, the process proceeds to step S23.

ステップS23では、制御装置70の故障診断部によってオゾン供給装置が故障していると判定されているか否かが判断される。ステップS23において、オゾン供給装置が故障していると判断された場合には、ステップS24へと進む。ステップS24では、図16に示した故障時制御が行われる。一方、ステップS23において、オゾン供給装置が故障していないと判断された場合には、ステップS25へと進む。ステップS25では、図17に示した正常時制御が行われる。   In step S23, it is determined whether or not it is determined by the failure diagnosis unit of the control device 70 that the ozone supply device has failed. If it is determined in step S23 that the ozone supply device has failed, the process proceeds to step S24. In step S24, the failure control shown in FIG. 16 is performed. On the other hand, if it is determined in step S23 that the ozone supply device has not failed, the process proceeds to step S25. In step S25, the normal time control shown in FIG. 17 is performed.

図16は、オゾン供給装置が故障しているときに行われる故障時制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは、図15の制御ルーチンがステップS24に到達したときに実行される。   FIG. 16 is a flowchart showing a control routine of control at the time of failure that is performed when the ozone supply device is out of order. The illustrated control routine is executed when the control routine of FIG. 15 reaches step S24.

図16を参照すると、まず、ステップS31において、予混合気の圧縮自着火燃焼に失火が生じているか否かが判断される。具体的には、ステップS31では、例えば、IMEPのCOVの値が第1閾値以上であるか否か判断される。ステップS31において、失火が生じていると判断された場合、例えばIMEPのCOVの値が第1閾値以上であると判断された場合には、ステップS32へと進む。   Referring to FIG. 16, first, in step S31, it is determined whether misfire has occurred in the compression self-ignition combustion of the premixed gas. Specifically, in step S31, for example, it is determined whether or not the value of IMEP COV is equal to or greater than a first threshold value. If it is determined in step S31 that misfire has occurred, for example, if it is determined that the value of COEP in IMEP is equal to or greater than the first threshold value, the process proceeds to step S32.

ステップS32では、着火アシスト燃料の噴射時期及び点火時期が進角側の限界値まで到達しているか否かが判断される。この進角側の限界値は、メイン燃料の噴射が終了する時期との関係に基づいて設定される。すなわち、燃料噴射弁31において複数回の噴射を行う場合には、先の噴射が完了してから後の噴射が開始するまでに一定時間以上のインターバルが必要となる。また、先の噴射が完了してから後の噴射が開始するまでの時間が短いと、両噴射による噴射燃料が互いに干渉して各燃料の燃焼における安定性が悪化する。進角側の限界値はこれらを考慮して設定され、具体的には、メイン燃料の噴射完了時期、燃料噴射圧、機関回転速度等に基づいて設定される。   In step S32, it is determined whether the injection timing and ignition timing of the ignition assist fuel have reached the advance side limit values. This advance side limit value is set based on the relationship with the timing when the main fuel injection ends. That is, when the fuel injection valve 31 performs the injection a plurality of times, an interval of a certain time or more is required from the completion of the previous injection to the start of the subsequent injection. Also, if the time from the completion of the previous injection to the start of the subsequent injection is short, the fuel injected by both injections interferes with each other and the stability in combustion of each fuel deteriorates. The limit value on the advance side is set in consideration of these, and is specifically set based on the injection completion timing of the main fuel, the fuel injection pressure, the engine speed, and the like.

ステップS32において、着火アシスト燃料の噴射時期及び点火時期が進角側の限界値まで到達していないと判断された場合には、ステップS33へと進む。ステップS33では、図12に示したようなマップに基づいて、図8のステップS16で設定された着火アシスト燃料の噴射時期Ta及び点火時期Tigが進角補正され、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップS32において、着火アシスト燃料の噴射時期及び点火時期が進角側の限界値まで到達していると判断された場合には、ステップS34へと進む。   If it is determined in step S32 that the injection timing and ignition timing of the ignition assist fuel have not reached the advance side limit values, the routine proceeds to step S33. In step S33, the ignition assist fuel injection timing Ta and ignition timing Tig set in step S16 of FIG. 8 are advanced based on the map shown in FIG. 12, and the control routine is terminated. On the other hand, if it is determined in step S32 that the injection timing and ignition timing of the ignition assist fuel have reached the advance side limit values, the routine proceeds to step S34.

ステップS34では、総燃料噴射量に対する着火アシスト燃料の噴射量の割合R(以下、「着火アシスト噴射割合」という)は増加側の限界値まで到達しているか否かが判断される。この増加側の限界値は、機関本体10から排出されるNOxやスモークの量との関係に基づいて設定される。すなわち、着火アシスト燃料の噴射量が多くなると、燃料が火炎伝播燃焼によって燃焼される割合が多くなる。また、予混合気の圧縮自着火燃焼に比べて、火炎伝播燃焼の方がNOxやスモークの発生量が多くなる。このため、着火アシスト燃料の噴射量が多くなると、機関本体10から排出されるNOxやスモークの量が多くなる。このため、機関本体10から排出されるNOxやスモークの量が或る一定以上多くならないように、着火アシスト噴射割合Rには増加側の限界値が設定される。なお、この増加側の限界値は、予め定められた一定値でもよいし、機関負荷等によって変化する値であってもよい。   In step S34, it is determined whether the ratio R of the injection amount of the ignition assist fuel with respect to the total fuel injection amount (hereinafter referred to as “ignition assist injection ratio”) has reached the limit value on the increase side. This limit value on the increase side is set based on the relationship with the amount of NOx and smoke discharged from the engine body 10. That is, when the injection amount of the ignition assist fuel increases, the proportion of fuel burned by flame propagation combustion increases. Further, the amount of NOx and smoke generated is larger in the flame propagation combustion than in the compression self-ignition combustion of the premixed gas. For this reason, when the injection amount of the ignition assist fuel increases, the amount of NOx and smoke discharged from the engine body 10 increases. Therefore, an increase limit value is set for the ignition assist injection ratio R so that the amount of NOx and smoke discharged from the engine body 10 does not increase beyond a certain level. The limit value on the increase side may be a predetermined constant value or a value that varies depending on the engine load or the like.

ステップS34において、着火アシスト噴射割合Rは増加側の限界値まで到達していないと判断された場合には、ステップS35へと進む。ステップS35では、図13に示したようなマップに基づいて、図8のステップS14で設定された着火アシスト噴射割合Rが増量補正され、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップS34において、着火アシスト噴射割合Rは増加側の限界値まで到達していると判断された場合には、ステップS36へと進む。ステップS36では、予混合気の圧縮自着火燃焼が終了せしめられて火花点火燃焼(SI燃焼)が行われ、制御ルーチンが終了せしめられる。   If it is determined in step S34 that the ignition assist injection ratio R has not reached the increase limit value, the process proceeds to step S35. In step S35, the ignition assist injection ratio R set in step S14 of FIG. 8 is increased and corrected based on the map as shown in FIG. 13, and the control routine is ended. On the other hand, if it is determined in step S34 that the ignition assist injection ratio R has reached the increase limit value, the process proceeds to step S36. In step S36, the compression auto-ignition combustion of the premixed gas is terminated, spark ignition combustion (SI combustion) is performed, and the control routine is terminated.

一方、ステップS31において、予混合気の圧縮自着火燃焼に失火が生じていないと判断された場合、例えばIMEPのCOVの値が第1閾値未満であると判断された場合には、ステップS37へと進む。   On the other hand, if it is determined in step S31 that no misfire has occurred in the compression self-ignition combustion of the premixed gas, for example, if it is determined that the value of COV of IMEP is less than the first threshold value, the process proceeds to step S37. Proceed with

ステップS37では、予混合気の圧縮自着火燃焼によって大きな燃焼騒音が生じているか否かが判断される。具体的には、ステップS37では、例えば、CNLの値が第2閾値以上であるか否かが判断される。ステップS37において、大きな燃焼騒音が生じていないと判断された場合、例えばCNLの値が第2閾値未満であると判断された場合には、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップS37において、大きな燃焼騒音が生じていると判断された場合、例えばCNLの値が第2閾値以上であると判断された場合には、ステップS38へと進む。ステップS38では、ステップS34と同様に、着火アシスト噴射割合Rが増加側の限界値まで到達しているか否かが判断される。   In step S37, it is determined whether or not a large combustion noise is generated by the compression auto-ignition combustion of the premixed gas. Specifically, in step S37, for example, it is determined whether or not the CNL value is equal to or greater than a second threshold value. If it is determined in step S37 that no significant combustion noise has occurred, for example, if it is determined that the value of CNL is less than the second threshold value, the control routine is terminated. On the other hand, if it is determined in step S37 that a large combustion noise is occurring, for example, if it is determined that the CNL value is greater than or equal to the second threshold, the process proceeds to step S38. In step S38, as in step S34, it is determined whether or not the ignition assist injection ratio R has reached the increase limit value.

ステップS38において、着火アシスト噴射割合Rは増加側の限界値まで到達していないと判断された場合には、ステップS39へと進む。ステップS39では、図14に示したようなマップに基づいて、図8のステップS14で設定された着火アシスト噴射割合Rが増量補正され、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップS38において、着火アシスト噴射割合Rは増加側の限界値まで到達していると判断された場合には、ステップS40へと進む。ステップS40では、予混合気の圧縮自着火燃焼が終了せしめられて火花点火燃焼(SI燃焼)が行われ、制御ルーチンが終了せしめられる。   If it is determined in step S38 that the ignition assist injection ratio R has not reached the limit value on the increase side, the process proceeds to step S39. In step S39, the ignition assist injection ratio R set in step S14 of FIG. 8 is increased and corrected based on the map as shown in FIG. 14, and the control routine is terminated. On the other hand, if it is determined in step S38 that the ignition assist injection ratio R has reached the increase limit value, the process proceeds to step S40. In step S40, the compression auto-ignition combustion of the premixed gas is terminated, spark ignition combustion (SI combustion) is performed, and the control routine is terminated.

図17は、オゾン供給装置が故障せずに正常に作動しているときに行われる正常時制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは、図15の制御ルーチンがステップS25に到達したときに実行される。   FIG. 17 is a flowchart illustrating a control routine for normal control that is performed when the ozone supply device is operating normally without a failure. The illustrated control routine is executed when the control routine of FIG. 15 reaches step S25.

図17を参照すると、まず、ステップS51において、図16のステップS31と同様に、予混合気の圧縮自着火燃焼に失火が生じているか否かが判断される。ステップS51において、失火が生じていると判断された場合には、ステップS52へと進む。   Referring to FIG. 17, first, in step S51, it is determined whether or not misfire has occurred in the compression auto-ignition combustion of the premixed gas as in step S31 of FIG. If it is determined in step S51 that a misfire has occurred, the process proceeds to step S52.

ステップS52では、オゾン供給装置からのオゾン供給量が限界値に到達しているか否かが判断される。オゾン供給量の限界値は、例えば、オゾン供給装置の性能上、単位時間当たりに供給可能なオゾン量の上限値に基づいて設定される。ステップS52において、オゾン供給装置からのオゾン供給量が限界値に到達していないと判断された場合には、ステップS53へと進む。ステップS53では、図8のステップS18において算出されたオゾン供給量が増大補正され、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップS52において、オゾン供給装置からのオゾン供給量が限界値に到達していると判断された場合には、ステップS54へと進む。ステップS54では、失火が抑制されるように、オゾン供給装置、燃料噴射弁31及び点火プラグ16以外の機器が制御され、吸気弁21の閉弁時期等、オゾン供給装置からのオゾン供給量、着火アシスト燃料の噴射時期及び点火時期、及び着火アシスト噴射割合以外のパラメータが制御される。   In step S52, it is determined whether or not the ozone supply amount from the ozone supply device has reached a limit value. The limit value of the ozone supply amount is set based on, for example, the upper limit value of the ozone amount that can be supplied per unit time in terms of the performance of the ozone supply device. If it is determined in step S52 that the ozone supply amount from the ozone supply device has not reached the limit value, the process proceeds to step S53. In step S53, the ozone supply amount calculated in step S18 of FIG. 8 is corrected to increase, and the control routine is terminated. On the other hand, if it is determined in step S52 that the ozone supply amount from the ozone supply device has reached the limit value, the process proceeds to step S54. In step S54, devices other than the ozone supply device, the fuel injection valve 31, and the spark plug 16 are controlled so as to suppress misfire, and the ozone supply amount from the ozone supply device, such as the closing timing of the intake valve 21, and the ignition. Parameters other than the assist fuel injection timing and ignition timing, and the ignition assist injection ratio are controlled.

一方、ステップS51において、失火が生じていないと判断された場合にはステップS55へと進む。ステップS55では、図16のステップS37と同様に、予混合気の圧縮自着火燃焼によって大きな燃焼騒音が生じているか否かが判断される。ステップS55において大きな燃焼騒音が生じていないと判断された場合には、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップS55において、大きな燃焼騒音が生じていると判断された場合には、ステップS56へと進む。ステップS56では、ステップS52と同様に、オゾン供給装置からのオゾン供給量が限界値に到達しているか否かが判断される。オゾン供給装置からのオゾン供給量が限界値に到達していないと判断された場合には、ステップS57へと進む。ステップS57では、ステップS53と同様に、オゾン供給量が増大補正され、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップS56において、オゾン供給装置からのオゾン供給量が限界値に到達していると判断された場合には、ステップS58へと進む。ステップS58では、ステップS54と同様に、オゾン供給装置、燃料噴射弁31及び点火プラグ16以外の機器が制御され、制御ルーチンが終了せしめられる。   On the other hand, if it is determined in step S51 that no misfire has occurred, the process proceeds to step S55. In step S55, as in step S37 of FIG. 16, it is determined whether or not a large combustion noise is generated by the compression auto-ignition combustion of the premixed gas. If it is determined in step S55 that no significant combustion noise has occurred, the control routine is terminated. On the other hand, if it is determined in step S55 that a large combustion noise is occurring, the process proceeds to step S56. In step S56, as in step S52, it is determined whether the ozone supply amount from the ozone supply device has reached a limit value. When it is determined that the ozone supply amount from the ozone supply device has not reached the limit value, the process proceeds to step S57. In step S57, as in step S53, the ozone supply amount is corrected to increase, and the control routine is terminated. On the other hand, if it is determined in step S56 that the ozone supply amount from the ozone supply device has reached the limit value, the process proceeds to step S58. In step S58, as in step S54, devices other than the ozone supply device, the fuel injection valve 31, and the spark plug 16 are controlled, and the control routine is terminated.

1 0内燃機関
10 機関本体
15 燃焼室
16 点火プラグ
31 燃料噴射弁
71 電子制御ユニット(ECU)
91 放電プラグ(オゾン供給装置)
1 0 Internal combustion engine 10 Engine body 15 Combustion chamber 16 Spark plug 31 Fuel injection valve 71 Electronic control unit (ECU)
91 Discharge plug (ozone supply device)

Claims (1)

燃焼室内に直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁と、燃焼室内の混合気に点火する点火プラグと、燃焼室内に直接的に又は間接的にオゾンを供給するオゾン供給装置とを備えた内燃機関を制御する、内燃機関の制御装置であって、
燃焼安定性を表すパラメータの値を検出する燃焼安定性検出部と、燃焼騒音を表すパラメータの値を検出する燃焼騒音検出部と、前記オゾン供給装置の故障診断を行う故障診断部と、前記燃料噴射弁、前記点火プラグ及び前記オゾン供給装置を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記燃料噴射弁からメイン燃料の噴射と着火アシスト燃料の噴射とを順次行うと共に、前記着火アシスト燃料の噴射によって形成された混合気を前記点火プラグによって火炎伝播燃焼させると共に該火炎伝播燃焼によって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ように前記メイン燃料及び前記着火アシスト燃料の噴射量及び噴射時期並びに前記点火プラグによる点火時期を制御する着火アシスト制御を実行可能であり、
前記制御部は、機関運転状態が所定のオゾン供給領域内にあるときには前記オゾン供給装置からオゾンを供給させ、
前記制御部は、前記故障診断部により前記オゾン供給装置が故障していると判定され且つ機関運転状態が前記オゾン供給領域内にある場合には、前記燃焼安定性検出部によって検出された燃焼安定性を表すパラメータの値が所定の第1閾値よりも不安定側の値であるときには、該第1閾値よりも安定側の値であるときに比べて、前記着火アシスト燃料の噴射時期及び前記点火時期を進角させると共に総燃料噴射量に対する前記着火アシスト燃料の噴射量の割合を増大させ、
前記制御部は、前記故障診断部により前記オゾン供給装置が故障していると判定され且つ機関運転状態が前記オゾン供給領域内にある場合には、前記燃焼騒音検出部によって検出された燃焼騒音を表すパラメータの値が所定の第2閾値よりも騒音が大きい側の値であるときには、該第2閾値よりも騒音が小さい側の値であるときに比べて、総燃料噴射量に対する前記着火アシスト燃料の噴射量の割合を増大させると共に前記着火アシスト燃料の噴射時期及び前記点火時期は変更しない、内燃機関の制御装置。
An internal combustion engine comprising a fuel injection valve that directly injects fuel into a combustion chamber, an ignition plug that ignites an air-fuel mixture in the combustion chamber, and an ozone supply device that supplies ozone directly or indirectly into the combustion chamber A control device for an internal combustion engine for controlling
A combustion stability detector that detects a value of a parameter that represents combustion stability; a combustion noise detector that detects a value of a parameter that represents combustion noise; a failure diagnostic unit that performs a failure diagnosis of the ozone supply device; and the fuel A control unit for controlling the injection valve, the spark plug, and the ozone supply device;
The control unit sequentially performs injection of main fuel and injection of ignition assist fuel from the fuel injection valve, and causes an air-fuel mixture formed by the injection of the ignition assist fuel to be flame-propagated and combusted by the spark plug and the flame. Ignition assist control is performed to control the injection amount and injection timing of the main fuel and the ignition assist fuel and the ignition timing by the spark plug so that the remaining fuel is premixed compression auto-ignition combustion using the heat generated by the propagation combustion. Is possible,
The controller is configured to supply ozone from the ozone supply device when the engine operating state is within a predetermined ozone supply region,
The control unit determines the combustion stability detected by the combustion stability detection unit when the failure diagnosis unit determines that the ozone supply device has failed and the engine operating state is within the ozone supply region. When the value of the parameter indicating the property is a value on the unstable side with respect to the predetermined first threshold value, the injection timing of the ignition assist fuel and the ignition are compared with the value on the stable side with respect to the first threshold value. Advancing the timing and increasing the ratio of the injection amount of the ignition assist fuel to the total fuel injection amount,
The control unit determines the combustion noise detected by the combustion noise detection unit when the failure diagnosis unit determines that the ozone supply device has failed and the engine operating state is within the ozone supply region. When the value of the parameter to be represented is a value on the side where the noise is larger than the predetermined second threshold value, the ignition assist fuel relative to the total fuel injection amount is compared with a value on the side where the noise is smaller than the second threshold value. A control device for an internal combustion engine, which increases the ratio of the injection amount of the engine and does not change the injection timing of the ignition assist fuel and the ignition timing.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2020016181A (en) * 2018-07-25 2020-01-30 スズキ株式会社 Combustion control device for internal combustion engine
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