内燃机的控制装置的制作方法

本发明涉及内燃机的控制装置。

背景技术：

作为以往的内燃机的控制装置，专利文献1中公开了一种构成为基于由缸内压传感器检测出的缸内压力来诊断用于向燃烧室供给臭氧的臭氧供给装置的故障的内燃机的控制装置。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-025405号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

然而，在具有使预混合气体进行压缩自着火燃烧而进行内燃机主体的运转的运转区域的内燃机的情况下，例如进气温度偏离了目标值的情况等其他装置发生了故障的情况下也会产生与臭氧供给装置发生了故障的情况同样的变化。因此，存在无法进行臭氧供给装置与其他装置的故障判别，臭氧供给装置的故障判定的精度降低这一问题点。

本发明是着眼于这样的问题点而做出的发明，目的在于抑制臭氧供给装置的故障判定的精度的降低。

用于解决问题的技术方案

为了解决上述课题，根据本发明的某个技术方案，控制装置控制内燃机，所述内燃机具备：内燃机主体；燃料供给装置，其向内燃机主体的燃烧室直接供给燃料；以及臭氧供给装置，其向燃烧室直接或者间接地供给臭氧，所述控制装置具备：燃烧控制部，其控制燃料供给装置以及臭氧供给装置以使得在预定的运转区域中在燃烧室内产生空间上或者时间上的臭氧浓度差，由此使预混合气体在燃烧室内阶段性地进行压缩自着火燃烧；和臭氧故障判定部，其在预定的运转区域中对臭氧供给装置的故障进行判定。臭氧故障判定部具备：自着火正时检测部，其检测预混合气体的自着火正时；预想自着火正时算出部，其算出预混合气体的预想自着火正时；燃烧噪声检测部，其检测使预混合气体进行了压缩自着火燃烧时的燃烧噪声；以及预想燃烧噪声算出部，其算出使预混合气体进行了压缩自着火燃烧时的预想燃烧噪声，当自着火正时比预想自着火正时延迟并且燃烧噪声比预想燃烧噪声大时，或者当自着火正时比预想自着火正时提前并且燃烧噪声比预想燃烧噪声小时，判定为臭氧供给装置发生了故障。

发明的效果

根据本发明的该技术方案，能够对是臭氧供给装置发生了故障，还是其他装置发生了故障进行判定，所以，能够抑制臭氧供给装置的故障判定的精度的降低。

附图说明

图1是本发明的第1实施方式的内燃机以及控制内燃机的电子控制单元的概略构成图。

图2是本发明的第1实施方式的内燃机的内燃机主体的剖视图。

图3a是从汽缸盖侧观察本发明的第1实施方式的内燃机的汽缸所得到的概略图。

图3b是从汽缸盖侧观察本发明的第1实施方式的第1变形例的内燃机的汽缸所得到的概略图。

图3c是从汽缸盖侧观察本发明的第1实施方式的第2变形例的内燃机的汽缸所得到的概略图。

图4是示出内燃机主体的运转区域的图。

图5a是示出ci运转模式中的进气门以及排气门的打开动作的一例的图。

图5b是示出ci运转模式中的进气门以及排气门的打开动作的一例的图。

图6是示出实施了预混合压缩自着火燃烧的情况下的曲轴角与放热率的关系的图。

图7是示出以在燃烧室内产生空间上的浓度差的方式在进气行程中供给臭氧，并且实施了预混合压缩自着火燃烧的情况下的曲轴角与放热率的关系的图。

图8是示出臭氧量通常时、臭氧量过少时以及臭氧量过多时的各放热率图案(pattern)的一例的图。

图9是示出某一内燃机运转状态下的，臭氧供给量与使预混合压进行了压缩自着火燃烧时的自着火正时以及燃烧噪声的关系的图。

图10是示出某一内燃机运转状态下的，进气温度、实际压缩比以及egr率与使预混合压进行了压缩自着火燃烧时的自着火正时以及燃烧噪声的关系的图。

图11是对本发明的第1实施方式的ci运转模式中的臭氧供给装置的故障判定控制进行说明的流程图。

图12是对基于缸内压力p来检测实际自着火正时的方法进行说明的图。

图13是对基于累积放热量来检测实际自着火正时的方法进行说明的图。

图14是对基于累积放热量来检测实际自着火正时的另一方法进行说明的图。

图15是示出臭氧量通常时、臭氧量过少时以及臭氧量过多时的各放热率图案的一例的图。

图16是示出某一内燃机运转状态下的，臭氧供给量与使预混合压进行了压缩自着火燃烧时的自着火正时、燃烧噪声以及自着火燃烧期间的关系的图。

图17是示出某一内燃机运转状态下的，进气温度、实际压缩比以及egr率与使预混合压进行了压缩自着火燃烧时的自着火正时、燃烧噪声以及自着火燃烧期间的关系的图。

图18是对本发明的第2实施方式的ci运转模式中的臭氧供给装置的故障判定控制进行说明的流程图。

图19是示出燃料喷射量通常时、燃料喷射量过少时以及燃料喷射量过多时的各放热率图案的一例的图。

图20是对本发明的第3实施方式的ci运转模式中的臭氧供给装置的故障判定控制进行说明的流程图。

图21是对本发明的第3实施方式的燃料供给装置的故障判定控制进行说明的流程图。

附图标记说明

1：内燃机主体；

2：燃料供给装置；

11：燃烧室；

81：放电火花塞(臭氧供给装置)；

100：内燃机；

200：电子控制单元(控制装置)。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式详细地进行说明。此外，在以下的说明中对同样的构成要素标注相同的参照标号。

(第1实施方式)

首先，参照图1～图3a对本发明的第1实施方式的内燃机100以及控制内燃机100的电子控制单元200的构成进行说明。图1是本实施方式的内燃机100以及控制内燃机100的电子控制单元200的概略构成图。图2是内燃机100的内燃机主体1的概略剖视图。图3a是从汽缸盖侧观察汽缸10所得到的概略图。

内燃机100具备具有多个汽缸10的内燃机主体1、燃料供给装置2、进气装置3、排气装置4、进气气门驱动装置5以及排气气门驱动装置6。

内燃机主体1使燃料在形成于各汽缸10的燃烧室11内(参照图2)燃烧来产生例如用于驱动车辆等的动力。在内燃机主体1中，针对每个汽缸，以面向各汽缸10的燃烧室11的方式设置作为点火装置的一个火花塞16，并且，针对每个汽缸，设置有一对进气门50和一对排气门60。如图2所示，在各汽缸10的内部收纳承受燃烧压力而在各汽缸10的内部往复运动的活塞12。活塞12经由连杆而与曲轴连结，通过曲轴将活塞12的往复运动变换成旋转运动。

燃料供给装置2具备电子控制式的燃料喷射阀20、输送管21、供应泵22、燃料箱23以及压送管24。

燃料喷射阀20配置于燃烧室11的中央顶部，以面向各汽缸10的燃烧室11的方式在各汽缸10设置有一个。如图2所示，在本实施方式中，以火花塞16的电极部16a位于燃料喷射阀20的燃料喷射区域r内或者燃料喷射区域r的附近的方式，将火花塞16与燃料喷射阀20相邻地配置。由此，能够实施所谓的喷雾引导，即，在进行燃料喷射之后立即对燃料喷射区域r内或者燃料喷射区域r的附近的燃料喷雾进行点火。燃料喷射阀20的打开时间(喷射量)以及打开正时(喷射正时)根据来自电子控制单元200的控制信号而变更，当燃料喷射阀20打开时从燃料喷射阀20向燃烧室11内直接喷射燃料。

输送管21经由压送管24连接于燃料箱23。在压送管24的中途设置有用于对储存于燃料箱23的燃料进行加压并向输送管21供给的供应泵22。输送管21暂时储存从供应泵22压送来的高压燃料。当燃料喷射阀20打开时，储存于输送管21的高压燃料从燃料喷射阀20直接喷射到燃烧室11内。在输送管21设置有用于检测输送管21内的燃料压力，即从燃料喷射阀20向汽缸内喷射的燃料的压力(喷射压)的燃压传感器211。

供应泵22构成为能够变更喷出量，供应泵22的喷出量根据来自电子控制单元200的控制信号而变更。通过控制供应泵22的喷出量来控制输送管21内的燃料压力，即燃料喷射阀20的喷射压。

进气装置3是用于将进气导向燃烧室11内的装置，构成为能够变更吸入燃烧室11内的进气的状态(进气压、进气温度、egr(exhaustgasrecirculation：排气再循环)气体量)。进气装置3具备进气通路30、进气歧管31以及egr通路32。

进气通路30的一端连接于空气滤清器34，另一端连接于进气歧管31的进气总管(英文：collector)31a。在进气通路30上，从上游起依次设置有空气流量计212、排气涡轮增压器7的压缩机71、中间冷却器35以及节气门36。

空气流量计212检测在进气通路30内流动且最终被吸入汽缸10内的空气的流量。

压缩机71具备压缩机壳体71a和配置于压缩机壳体71a内的压缩机叶轮71b。压缩机叶轮71b通过安装于同轴上的排气涡轮增压器7的涡轮叶轮72b驱动而旋转，对流入到压缩机壳体71a内的进气进行压缩并将其排出。在排气涡轮增压器7的涡轮72设置有用于控制涡轮叶轮72b的转速的可变喷嘴72c，通过可变喷嘴72c来控制涡轮叶轮72b的转速，从而控制从压缩机壳体71a内排出的进气的压力(增压压力)。

中间冷却器35是用于利用例如行驶风、冷却水等来冷却由压缩机71压缩而变为高温的进气的热交换器。通过中间冷却器35将吸入缸内的进气的温度(进气温度)控制为所期望的温度。

节气门36通过使进气通路30的通路截面积变化来调整导入进气歧管31的进气量。通过节气门致动器36a来驱动节气门36打开/关闭，通过节气门传感器213来检测其开度(节气门开度)。

进气歧管31连接于在内燃机主体1形成的进气口14，将从进气通路30流入的进气经由进气口14均等地分配到各汽缸10的燃烧室11内。在进气歧管31的进气总管31a设置有用于检测吸入缸内的进气的压力(进气压力)的进气压传感器214、和用于检测吸入缸内的进气的温度(进气温度)的进气温度传感器215。

egr通路32是用于将排气歧管41与进气歧管31的进气总管31a连通，利用压力差使从各汽缸10排出的排气的一部分回到进气总管31a的通路。以下，将流入到egr通路32的排气称为“外部egr气体”。通过使外部egr气体回流到进气总管31a进而回流到各汽缸10，能够降低燃烧温度，抑制氮氧化物(nox)的排出。在egr通路32上，从上游起依次设置有egr冷却器37和egr阀38。

egr冷却器37是用于利用例如行驶风、冷却水等来冷却egr气体的热交换器。

egr阀38是能够连续地或者阶段性地调整开度的电磁阀，其开度与内燃机运转状态相应地，由电子控制单元200控制。通过控制egr阀38的开度来调节回流到进气总管31a的egr气体的流量。

排气装置4是用于从缸内排出排气的装置，具备排气歧管41和排气通路42。

排气歧管41连接于在内燃机主体1形成的排气口15，汇集从各汽缸10排出的排气并导入排气通路42。

在排气通路42上，从上游起依次设置有排气涡轮增压器7的涡轮72和排气后处理装置43。

涡轮72具备涡轮壳体72a和配置于涡轮壳体72a内的涡轮叶轮72b。涡轮叶轮72b利用流入到涡轮壳体72a内的排气的能量来驱动而旋转，从而驱动安装于同轴上的压缩机叶轮71b。

在涡轮叶轮72b的外侧设置有前述的可变喷嘴72c。可变喷嘴72c作为节流阀而发挥功能，可变喷嘴72c的喷嘴开度(阀开度)由电子控制单元200控制。通过使可变喷嘴72c的喷嘴开度变化，能够使驱动涡轮叶轮72b的排气的流速在涡轮壳体72a内发生变化。即，通过使可变喷嘴72c的喷嘴开度变化，能够使涡轮叶轮72b的转速变化从而使增压压力变化。具体而言，当使可变喷嘴72c的喷嘴开度变小(使可变喷嘴72c节流)时，排气的流速变快从而涡轮叶轮72b的转速增大，增压压力增大。

排气后处理装置43是用于在净化了排气的基础上将该排气向大气排出的装置，具备净化有害物质的各种排气净化催化剂、捕集有害物质的过滤器等。

进气气门驱动装置5是用于驱动各汽缸10的进气门50打开/关闭的装置，设置于内燃机主体1。本实施方式的进气气门驱动装置5构成为以能够将进气门50的开闭正时控制为任意的时期的方式，例如通过电磁致动器来驱动进气门50打开/关闭。但不限定于此，也可以构成为通过进气凸轮轴来驱动进气门50打开/关闭，通过在该进气凸轮轴的一端部设置可变气门机构而能够控制进气门50的开闭正时，所述可变气门机构利用液压控制来变更进气凸轮轴相对于曲轴的相对相位角。

排气气门驱动装置6是用于驱动各汽缸10的排气门60打开/关闭的装置，设置于内燃机主体1。本实施方式的排气气门驱动装置6构成为使各汽缸10的排气门60在排气行程中打开，并且也能够根据需要使其在进气行程中打开。在本实施方式中，作为这样的排气气门驱动装置6，采用了通过电子控制单元200来控制的电磁致动器，通过利用电磁致动器来驱动各汽缸10的排气门60打开/关闭，从而将排气门60的开闭正时、升程量控制为任意的时期、升程量。此外，作为排气气门驱动装置6，不限定于电磁致动器，也可以采用如下的气门驱动装置，该气门驱动装置利用例如液压等来变更凸轮轮廓(camprofile)，从而变更排气门60的开闭正时、升程量。

如图1以及图3a所示，本实施方式的内燃机100还具备作为臭氧供给装置的放电火花塞81。放电火花塞81以面向各汽缸10的燃烧室11的方式在各汽缸10分别设置有一个。放电火花塞81由电子控制单元200控制，通过放电(无声放电、电晕放电、流光放电等)将燃烧室11内的氧气变换成臭氧，进而向燃烧室11内供给臭氧。

如图3a所示，在本实施方式中，将放电火花塞81配置成相对于汽缸10的中心偏离，并且将其配置于进气口14的燃烧室开口部14a与排气口15的燃烧室开口部15a之间。另外，在本实施方式中，为了抑制从进气口14的一方的燃烧室开口部14a吸入燃烧室11内的进气与从另一方的燃烧室开口部14b吸入燃烧室11内的进气在燃烧室11内混合，以使得从燃烧室开口部14a以及燃烧室开口部14b吸入燃烧室11内的进气分别在燃烧室11内产生滚流的方式形成了进气口14。

由此，通过利用放电火花塞81在例如进气行程中生成臭氧，能够使在燃烧室11内从进气口14的燃烧室开口部14a吸入的进气主要存在的区域的臭氧浓度高于从进气口14的燃烧室开口部14b吸入的进气主要存在的区域的臭氧浓度。在本实施方式中，像这样构成内燃机主体1以及臭氧供给装置，使得能够以在燃烧室11内产生空间上的浓度差的方式供给臭氧。

此外，以在燃烧室11内产生空间上的浓度差的方式供给臭氧的方法不限定于这样的方法。

也可以例如像图3b的本实施方式的第1变形例的内燃机100那样，以使得主要是从燃烧室开口部14a吸入燃烧室11内的进气含有臭氧的方式，在进气口14设置一个放电火花塞81。另外，也可以是，像图3c的本实施方式的第2变形例的内燃机100那样，以使得分别从燃烧室开口部14a以及燃烧室开口部14b吸入燃烧室11内的进气均含有臭氧的方式，设置两个放电火花塞81，并且使各放电火花塞81的臭氧的生成量不同。

另外，虽然未图示，但也可以构成如下臭氧供给装置：通过喷射阀等将预先生成的臭氧喷射到燃烧室11内或者进气口14内，从而能够以在燃烧室11内产生浓度差的方式供给臭氧。

电子控制单元200由数字计算机构成，具备通过双向总线201而相互连接的rom(只读存储器)202、ram(随机存取存储器)203、cpu(微处理器)204、输入端口205以及输出端口206。

除了前述的燃压传感器211等的输出信号以外，还经由对应的各ad变换器207向输入端口205输入缸内压传感器219、爆震传感器220以及空燃比传感器221等的输出信号，所述缸内压传感器219针对每个汽缸设置，用于检测汽缸10的内部压力(以下称为“缸内压力”)，所述爆震传感器220设置于内燃机主体1，用于检测内燃机主体1的燃烧噪声(燃烧激振力)，所述空燃比传感器221设置于排气歧管41，对排气的空燃比进行检测。爆震传感器220是具备压电元件的振动传感器的一种，输出与内燃机主体1的振动相应的电压作为爆震强度(燃烧噪声)。

另外，经由对应的ad变换器207向输入端口205输入负荷传感器217的输出电压作为用于检测内燃机负荷的信号，所述负荷传感器217产生与加速器踏板231的踩踏量(以下称为“加速器踩踏量”)成比例的输出电压。另外，向输入端口205输入曲轴角传感器218的输出信号作为用于算出内燃机转速等的信号，所述曲轴角传感器218在内燃机主体1的曲轴例如每旋转15°时产生输出脉冲。像这样，向输入端口205输入控制内燃机100所需的各种传感器的输出信号。

输出端口206经由对应的驱动电路208而连接于燃料喷射阀20等各控制部件。

电子控制单元200基于输入到输入端口205的各种传感器的输出信号，从输出端口206输出用于控制各控制部件的控制信号来控制内燃机100。以下，对电子控制单元200所实施的内燃机100的控制进行说明。

电子控制单元200基于内燃机运转状态(内燃机转速以及内燃机负荷)将内燃机主体1的运转模式切换成火花点火运转模式(以下称为“si运转模式”)和压缩自着火运转模式(以下称为“ci运转模式”)中的某一方。

具体而言，电子控制单元200，当内燃机运转状态处于图4中由实线围起的自着火区域rr内时，将运转模式切换成ci运转模式，当内燃机运转状态处于自着火区域rr以外的区域内时，将运转模式切换成si运转模式。然后，电子控制单元200实施与各运转模式相应的燃烧控制。

电子控制单元200，当运转模式为si运转模式时，在燃烧室11内基本上形成理论空燃比或者理论空燃比附近的预混合气体并且进行由火花塞16实现的点火，使该预混合气体进行火焰传播燃烧从而进行内燃机主体1的运转。

另外，电子控制单元200，当运转模式为ci运转模式时，在燃烧室11内基本上形成比理论空燃比稀的空燃比(例如30～40左右)的预混合气体，使该预混合气体进行压缩自着火燃烧从而进行内燃机主体1的运转。在本实施方式中，作为预混合气体，形成在燃烧室11内的中央部具有可燃层、在汽缸内壁面的周围具有空气层的分层预混合气体。

与火焰传播燃烧相比，即使使空燃比变稀也能够实施预混合压缩自着火燃烧，另外，即使提高压缩比也能够实施预混合压缩自着火燃烧。因此，通过实施预混合压缩自着火燃烧，能够提高燃料经济性，并且能够提高热效率。另外，在预混合压缩自着火燃烧中，与火焰传播燃烧相比燃烧温度低，所以，能够抑制nox的产生。而且，在燃料的周围存在足够的氧气，所以，也能够抑制未燃hc的产生。

此外，为了实施预混合压缩自着火燃烧，需要使缸内温度上升至能够使预混合气体自着火的温度，需要使缸内温度比像si运转模式中那样使预混合气体在燃烧室11内全部进行火焰传播燃烧时高温。因此，在本实施方式中，例如如图5a以及图5b所示，在ci运转模式中根据需要控制排气气门驱动装置6，使排气门60不仅在排气行程中打开而且也在进气行程中打开。像这样，通过实施使排气门60在进气行程中再次打开的排气门二次打开动作，能够使在排气行程中从自身汽缸排出的高温的排气在紧接着的进气行程中吸回自身汽缸。由此使缸内温度上升，将各汽缸10的缸内温度维持为能够实施预混合压缩自着火燃烧的温度。

在像图5a所示那样当进气门50的升程量小时使排气门60打开的情况下，能够使大量的排气吸回自身汽缸，所以，能够使缸内温度大幅上升。另一方面，在像图5b所示那样当进气门50的升程量变大到一定程度之后使排气门60打开的情况下，在一定程度的空气(新气)被吸入缸内之后吸回排气，所以，能够抑制吸回自身汽缸的排气的量，从而能够抑制缸内温度的上升幅度。像这样，能够根据实施排气门二次打开动作的时机来控制缸内温度的上升幅度。在本实施方式中，将外部egr气体量和吸回自身汽缸的排气的量(以下称为“内部egr气体量”)在缸内气体量中所占的比例称为egr率。

在使预混合气体进行了压缩自着火燃烧的情况下，在燃烧室11内扩散了的燃料在多个位置并且在相同时期进行自着火。因此，存在与使预混合气体进行火焰传播燃烧的情况相比燃烧噪声增大这一问题。

图6是示出在从进气行程到压缩行程中的任意的时期(在图6的例子中为-50[deg.atdc])从燃料喷射阀20喷射一次与内燃机负荷相应的预定量的燃料来实施预混合压缩自着火燃烧的情况下的曲轴角与放热率的关系的图。放热率(dq/dθ)[j/deg.ca]是指通过预混合气体的燃烧而产生的每单位曲轴角的热量，即每单位曲轴角的放热量q。此外，在以下的说明中，根据需要将示出了该曲轴角与放热率的关系的燃烧波形称为“放热率图形”。

如上所述，在使预混合气体进行了压缩自着火燃烧的情况下，在燃烧室11内扩散了的燃料在多个位置并且在相同时期进行自着火，所以，与火焰传播燃烧时相比燃烧速度变快，燃烧期间变短。因此，如图6所示，在使预混合气体进行了压缩自着火燃烧的情况下，放热率图形的峰值、以及放热率图形的燃烧初期(图6中阴影线所表示的区域)的斜率(d²q/(dθ)²)均具有变得较大的倾向。

燃烧噪声分别与该放热率图形的峰值以及燃烧初期的斜率相关，放热率图形的峰值越大、或者所述燃烧初期的斜率越大，则燃烧噪声越大。因此，在使预混合气体进行了压缩自着火燃烧的情况下，与使预混合气体进行了火焰传播燃烧时相比，燃烧噪声增大。

在此，作为使放热率图形的峰值以及燃烧初期的斜率分别变小来使燃烧噪声变小的方法，例如存在如下方法：通过以在燃烧室11内产生空间上的浓度差的方式供给臭氧，设置时间差而阶段性地产生压缩自着火燃烧。

当燃烧室11内的温度上升至预定温度(例如500[k]到600[k]左右)时，供给到燃烧室11内的臭氧会分解，产生作为活性种的一种的氧自由基。已知氧自由基会通过作用于燃料分子而提高燃料的自着火性，存在于燃烧室11内的氧自由基量越多，则预混合气体的自着火正时越早。

因此，像实施方式那样以在燃烧室11内产生空间上的浓度差的方式供给臭氧，从而能够使在燃烧室11内存在于臭氧浓度(更严格来讲，氧自由基浓度)相对较高的区域的预混合气体的自着火正时比在燃烧室11内存在于臭氧浓度相对较低的区域的预混合气体的自着火正时早。即，通过以在燃烧室11内产生空间上的浓度差的方式供给臭氧，能够设置时间差而阶段性地产生压缩自着火燃烧。

另外，另一方面，作为本实施方式的变形例，例如也可以通过以在燃烧室11内产生时间上的浓度差的方式供给臭氧以及燃料，设置时间差而阶段性地产生压缩自着火燃烧。即，当燃烧室11内的臭氧浓度为预定值以上时实施第一次燃料喷射，并且此后在臭氧浓度降低到小于预定值之后再实施第二次燃料喷射，从而能够使主要由第一次燃料构成的预混合气体的自着火正时比主要由第二次燃料构成的预混合气体的自着火正时早。因此，即使以在燃烧室11内产生时间上的浓度差的方式供给臭氧以及燃料，也能够设置时间差而阶段性地产生压缩自着火燃烧。

图7是示出以在燃烧室11内产生空间上的浓度差的方式在进气行程中供给臭氧，并且不使从燃料喷射阀20喷射的燃料的总量变化地实施预混合压缩自着火燃烧的情况下的曲轴角与放热率的关系的图。

在图7中，放热率图形a是在燃烧室11内存在于臭氧浓度相对较高的区域(以下称为“高臭氧浓度区域”)的预混合气体进行了压缩自着火燃烧时的放热率图形。放热率图形b是在燃烧室11内存在于臭氧浓度相对较低的区域(以下称为“低臭氧浓度区域”)的预混合气体进行了压缩自着火燃烧时的放热率图形。放热率图形c是将放热率图形a与放热率图形b合并而得到的实际的放热率图形。放热率图形d是为了进行比较而示出的图6的放热率图形。

如放热率图形a所示，当以在燃烧室11内产生浓度差的方式供给臭氧时，存在于高臭氧浓度区域的预混合气体先发生自着火。并且，如放热率图形b所示，存在于低臭氧浓度区域的预混合气体后发生自着火。

放热率图形a以及放热率图形b的各自的峰值以及燃烧初期的斜率比放热率图形d的峰值以及燃烧初期的斜率小。这是因为，图6的情况下和图7的情况下的燃料喷射量的总量均不发生变化，所以，与有助于放热率图形d的形成的燃料的量相比，有助于放热率图形a的形成的燃料的量、以及有助于放热率图形b的形成的燃料的量均变少，在相同时期着火的燃料的量分散。其结果，如图7所示，作为实际的燃烧波形的放热率图形c的峰值以及燃烧初期(图7中阴影线所表示的区域)的斜率也比放热率图形d的峰值以及燃烧初期的斜率小。

这样，通过设置时间差而阶段性地产生压缩自着火燃烧，能够降低燃烧噪声。因此，在本实施方式中，当运转模式为ci运转模式时，以设置时间差而阶段性地产生压缩自着火燃烧的方式向燃烧室11内供给与内燃机运转状态相应的目标臭氧供给量的臭氧。

然而，当因臭氧供给装置的故障(异常或者劣化)而实际的臭氧供给量(以下称为“实际臭氧供给量”)和与内燃机运转状态相应的目标臭氧供给量的偏离变大时，与臭氧供给装置正常的情况相比，存在燃烧噪声增加、排气排放物恶化的可能性。以下，参照图8对其理由进行说明。

图8是对臭氧供给装置正常的情况下(臭氧量通常时)的放热率图形、臭氧供给装置发生故障而实际臭氧供给量变为比目标臭氧供给少的情况下(臭氧量过少时)的放热率图形、以及臭氧供给装置发生故障而实际臭氧供给量变为比目标臭氧供给多的情况下(臭氧量过多时)的放热率图形分别进行比较而示出的图。

在图8中，也与图7同样，放热率图形a是存在于高臭氧浓度区域的预混合气体进行了压缩自着火燃烧时的放热率图形。放热率图形b是存在于低臭氧浓度区域的预混合气体进行了压缩自着火燃烧时的放热率图形。放热率图形c是将放热率图形a与放热率图形b合并而得到的实际的放热率图形。

当臭氧供给装置发生故障而实际臭氧供给量变为比目标臭氧供给量少时，高臭氧浓度区域的臭氧浓度比通常时低。因此，存在于高臭氧浓度区域的预混合气体的自着火正时比通常时延迟。另一方面，虽然低臭氧浓度区域的臭氧浓度与通常时相比有些许变动，但其变动幅度小。因此，存在于低臭氧浓度区域的预混合气体的自着火正时虽然受到了些许伴随于放热率图形a的延迟的影响，但与通常时相比几乎不发生变化。

其结果，如图8的“臭氧量过少时”所示，存在于高臭氧浓度区域的预混合气体进行了压缩自着火燃烧时的放热率图形a整体地延迟。另一方面，存在于低臭氧浓度区域的预混合气体进行了压缩自着火燃烧时的放热率图形b几乎不移动。

这样，当臭氧供给装置发生故障而实际臭氧供给量变为比目标臭氧供给量少，燃烧室11内的空间上的臭氧浓度差变小时，难以使存在于高臭氧浓度区域的预混合气体的自着火正时与存在于低臭氧浓度区域的预混合气体的自着火正时产生时间差。

即，当臭氧供给装置发生故障而实际臭氧供给量变为比目标臭氧供给量少时，存在于高臭氧浓度区域的预混合气体的自着火正时与存在于低臭氧浓度区域的预混合气体的自着火正时的间隔比通常时短。即，从放热率图形a成为峰值的曲轴角起到放热率图形b成为峰值的曲轴角为止的间隔比通常时窄。因此，如图8的“臭氧量过少时”所示，放热率图形a与放热率图形b合并而得到的实际的放热率图形c的峰值比通常时低。其结果，与臭氧供给装置正常的情况相比，燃烧噪声增加。

另外，当臭氧供给装置发生故障而实际臭氧供给量变为比目标臭氧供给量多时，高臭氧浓度区域的臭氧浓度比通常时高。因此，存在于高臭氧浓度区域的预混合气体的自着火正时比通常时提前。另一方面，低臭氧浓度区域的臭氧浓度虽然与通常时相比有些许变动，但其变动幅度小。因此，存在于低臭氧浓度区域的预混合气体的自着火正时虽然受到了些许伴随于放热率图形a的提前的影响，但与通常时相比几乎不发生变化。

其结果，如图8的“臭氧量过多时”所示，存在于高臭氧浓度区域的预混合气体进行了压缩自着火燃烧时的放热率图形a整体地提前。另一方面，存在于低臭氧浓度区域的预混合气体进行了压缩自着火燃烧时的放热率图形b几乎不移动。

这样，当臭氧供给装置发生故障而实际臭氧供给量变为比目标臭氧供给量多，燃烧室11内的空间上的臭氧浓度差比通常时大时，存在于高臭氧浓度区域的预混合气体的自着火正时与存在于低臭氧浓度区域的预混合气体的自着火正时的间隔比通常时长。即，从放热率图形a成为峰值的曲轴角起到放热率图形b成为峰值的曲轴角为止的间隔比通常时宽。因此，如图8的“臭氧量过多时”所示，放热率图形a与放热率图形b合并而得到的实际的放热率图形c的峰值比通常时低。其结果，与臭氧供给装置正常的情况相比燃烧噪声降低。

然而，存在于高臭氧浓度区域的预混合气体的自着火正时比通常时提前，因此，在膨胀行程中与通常时相比靠近压缩上止点的曲轴角处会产生存在于高臭氧浓度区域的预混合气体的自着火燃烧。即，在与通常时相比缸内压力p以及缸内温度t高的曲轴角处会产生存在于高臭氧浓度区域的预混合气体的自着火燃烧。其结果，燃烧温度变高而nox的排出量增加，所以，排气排放物发生恶化。

因此，希望在臭氧供给装置发生了故障的情况下提早检测到其故障。

在此，如图8所示，在实际臭氧供给量变为比目标臭氧供给量少的情况下(臭氧量过少时)，会降低与此相应的臭氧对预混合气体的自着火促进效果，所以，预混合气体的自着火正时比通常迟。另一方面，在实际臭氧供给量比目标臭氧供给量多的情况下(臭氧量过多时)，会增大与此相应的臭氧对预混合气体的自着火促进效果，所以，预混合气体的自着火正时比通常提前。

因此，也可以认为，例如对实际的自着火正时(以下称为“实际自着火正时”)进行检测，当实际自着火正时比根据内燃机运转状态而预想的自着火正时(以下称为“预想自着火正时”)提前或者延迟预定曲轴角以上时，则能够判定为臭氧供给装置发生了故障。即，也可以认为，通过对实际自着火正时与预想自着火正时的偏离进行检测，能够判定臭氧供给装置发生了故障。

然而，在以例如进气温度、实际压缩比、egr率(氧气浓度)等成为与内燃机运转状态相应的目标值的方式控制各种控制部件的情况下，当这些进气温度等的实际值从目标值发生了偏离时，在实际自着火正时与预想自着火正时也会产生偏离。

在使预混合气体进行了压缩自着火燃烧的情况下，喷射到燃烧室11内的燃料随着缸内温度t[k]以及缸内压力p[mpa]的上升而阶段性地发生各种化学反应并达到自着火，此时出现像图6～图8所示出的那样的明确的放热。因此，直至喷射到燃烧室11内的燃料达到自着火为止的时间(以下称为“点火延迟时间”)τ[sec]被从向燃烧室11内喷射了燃料后的该燃料的化学反应的进行速度所左右，除了缸内温度t以及缸内压力p以外，该燃料的化学反应的进行速度还根据当量比φ、燃料的辛烷值on、以及残留气体比例(egr率)res[％]等而发生变化。

换言之，点火延迟时间τ根据缸内温度t、缸内压力p、当量比φ、燃料的辛烷值on以及残留气体比例res等而发生变化。具体而言，点火延迟时间τ基本上具有如下倾向：缸内温度t越高则点火延迟时间τ越短，缸内压力p越高则点火延迟时间τ越短，当量比φ越大则点火延迟时间τ越短，辛烷值on越低则点火延迟时间τ越短，残留气体比例res越低则点火延迟时间τ越短。

因此，例如在进气温度变为比目标进气温度高的情况下，缸内温度t变为比所设想的温度高从而点火延迟时间τ变短，预混合气体容易进行自着火，所以，自着火正时提前。另一方面，在进气温度变为比目标进气温度低的情况下，缸内温度t变为比所设想的温度低从而点火延迟时间τ变长，预混合气体难以进行自着火，所以，自着火正时延迟。

另外，在实际压缩比变为比目标实际压缩比高的情况下，缸内温度t以及缸内压力p变为比所设想的温度和压力高从而点火延迟时间τ变短，预混合气体容易进行自着火，所以，自着火正时提前。另一方面，在实际压缩比变为比目标实际压缩比低的情况下，缸内温度t以及缸内压力p变为比所设想的温度和压力低从而点火延迟时间τ变长，预混合气体难以进行自着火，所以，自着火正时延迟。

另外，在egr率变为比目标egr率低的情况下，残留气体比例res变为比所设想的残留气体比例低(换言之氧气浓度变为比所设想的氧气浓度高)从而点火延迟时间τ变短，预混合气体容易进行自着火，所以，自着火正时提前。另一方面，在egr率变为比目标egr率高的情况下，残留气体比例res变为比所设想的残留气体比例高(换言之氧气浓度变为比所设想的氧气浓度低)从而点火延迟时间τ变长，预混合气体难以进行自着火，所以，自着火正时延迟。

这样，实际自着火正时，在例如进气温度、实际压缩比、egr率等偏离了与内燃机运转状态相应的目标值的情况下也发生变化。即，除了臭氧供给装置发生了故障的情况以外，也存在与臭氧供给装置发生了故障的情况同样地，在实际自着火正时与预想自着火正时产生偏离的情况。因此，若仅对实际自着火正时与预想自着火正时的偏离进行判定，则无法充分判别是臭氧供给装置发生了故障，还是臭氧供给装置以外的某装置发生了故障，从而臭氧供给装置的故障判定精度降低。

在此，像前面参照图8所叙述的那样，当臭氧供给装置发生故障而实际臭氧供给量变为比目标臭氧供给量少时，与通常时相比预混合气体的自着火正时延迟，并且燃烧噪声增加。另一方面，当臭氧供给装置发生故障而实际臭氧供给量变为比目标臭氧供给量多时，与通常时相比预混合气体的自着火正时提前，并且燃烧噪声降低。

与此相对，在进气温度等偏离了目标值的情况下，与臭氧供给装置发生了故障的情况相反，当与通常时相比预混合气体的自着火正时延迟时燃烧噪声降低，当与通常时相比预混合气体的自着火正时提前时燃烧噪声增加。以下，对其理由进行说明。

首先，对以下情况的理由进行说明，该情况为，在进气温度等偏离了目标值的情况下，与臭氧供给装置发生了故障的情况相反，与通常时相比预混合气体的自着火正时延迟，此时燃烧噪声降低。

如上所述，之所以臭氧供给装置的故障导致预混合气体的自着火正时比通常时延迟而使燃烧噪声增加，主要是因为，仅放热率图形a延迟，存在于高臭氧浓度区域的预混合气体的自着火正时与存在于低臭氧浓度区域的预混合气体的自着火正时的间隔变为比通常时短。

另一方面，在进气温度等偏离了目标值的情况下，与臭氧供给装置发生了故障的情况不同，燃烧室11内的臭氧浓度差与通常一样。因此，进气温度等的从目标值的偏离不会对存在于高臭氧浓度区域的预混合气体的自着火正时与存在于低臭氧浓度区域的预混合气体的自着火正时的间隔造成直接的影响。

并且，之所以进气温度等偏离目标值而预混合气体的自着火正时比通常时延迟，是因为，例如缸内温度t等变为比通常时低，对于预混合气体而言，燃烧室11内整体成为与通常时相比难以自着火的环境。

因此，当进气温度等偏离目标值而导致预混合气体的自着火正时比通常时迟时，与臭氧供给装置发生了故障的情况不同，存在于高臭氧浓度区域的预混合气体的自着火正时和存在于低臭氧浓度区域的预混合气体的自着火正时各自比通常时延迟。即，放热率图形a和放热率图形b各自比通常时延迟，放热率图形c整体地延迟。

当像这样，存在于高臭氧浓度区域的预混合气体的自着火正时和存在于低臭氧浓度区域的预混合气体的自着火正时各自比通常时延迟时，在膨胀行程中与通常时相比距压缩上止点远的延迟侧的曲轴角处，即与通常时相比缸内压力p以及缸内温度t低的曲轴角处，存在于高臭氧浓度区域以及低臭氧浓度区域的预混合气体进行自着火燃烧。因此，与在缸内压力p以及缸内温度t高的曲轴角处进行了自着火燃烧的情况相比，燃烧变得缓慢而燃烧速度降低。

其结果，自着火燃烧期间(明确地出现放热率图形c的期间)变为比通常长。并且，若有助于放热率图形c的形成的燃料量相同，则当自着火燃烧期间变长时，放热率图形c整体地变得平缓并且其峰值也降低。

因此，在进气温度等偏离目标值而导致预混合气体的自着火正时比通常时迟的情况下，与臭氧供给装置发生了故障的情况相反，放热率图形c的峰值降低为比通常时低，所以，燃烧噪声降低。

接下来，对以下情况的理由进行说明，该情况为，在进气温度等偏离了目标值的情况下，与臭氧供给装置发生了故障的情况相反，与通常时相比预混合气体的自着火正时提前，此时燃烧噪声增加。

如上所述，之所以臭氧供给装置的故障导致预混合气体的自着火正时比通常时提前而使燃烧噪声降低，主要是因为：仅放热率图形a提前，存在于高臭氧浓度区域的预混合气体的自着火正时与存在于低臭氧浓度区域的预混合气体的自着火正时的间隔变为比通常时长。

另一方面，之所以进气温度等偏离目标值而使预混合气体的自着火正时比通常时提前，是因为，例如缸内温度t等变为比通常时高，对于预混合气体而言，燃烧室11内整体成为与通常时相比容易自着火的环境。

因此，当进气温度等偏离目标值而导致预混合气体的自着火正时比通常时提前时，与臭氧供给装置发生了故障的情况不同，存在于高臭氧浓度区域的预混合气体的自着火正时和存在于低臭氧浓度区域的预混合气体的自着火正时各自比通常时提前。即，放热率图形a和放热率图形b各自比通常时提前，放热率图形c整体地提前。

当像这样，存在于高臭氧浓度区域的预混合气体的自着火正时和存在于低臭氧浓度区域的预混合气体的自着火正时各自比通常时提前时，在膨胀行程中比通常时靠近压缩上止点的提前侧的曲轴角处，即与通常时相比缸内压力p以及缸内温度t高的曲轴角处，存在于高臭氧浓度区域以及低臭氧浓度区域的预混合气体进行自着火燃烧。因此，燃烧变得急剧而燃烧速度增加。

其结果，自着火燃烧期间(明确地出现放热率图形c的期间)变为比通常短。并且，若有助于放热率图形c的形成的燃料量相同，则当自着火燃烧期间变短时，放热率图形c整体地变得陡峭并且其峰值也增加。

因此，在进气温度等偏离目标值而导致预混合气体的自着火正时比通常时提前了的情况下，与臭氧供给装置发生了故障的情况相反，放热率图形c的峰值增加为比通常时高，所以，燃烧噪声增加。

图9是示出某一内燃机运转状态下的，臭氧供给量与使预混合压进行了压缩自着火燃烧时的自着火正时以及燃烧噪声的关系的图。图10是示出某一内燃机运转状态下的，进气温度、实际压缩比以及egr率(氧气浓度)与使预混合压进行了压缩自着火燃烧时的自着火正时以及燃烧噪声的关系的图。

如图9所示，可知，臭氧供给量越多于某一内燃机运转状态下的目标臭氧供给量，则自着火正时越提前，并且燃烧噪声越降低。并且可知，臭氧供给量越少于某一内燃机运转状态下的目标臭氧供给量，则自着火正时越延迟，并且燃烧噪声越增加。

另一方面，如图10所示，可知，进气温度越高于某一内燃机运转状态下的目标值，则自着火正时越提前，并且燃烧噪声越增加。并且可知，进气温度越低于某一内燃机运转状态下的目标值，则自着火正时越延迟，并且燃烧噪声越降低。

另外，如图10所示，可知，压缩比越高于某一内燃机运转状态下的目标值，则自着火正时越提前，并且燃烧噪声越增加。并且，可知，压缩比越低于某一内燃机运转状态下的目标值，则自着火正时越延迟，并且燃烧噪声越降低。

而且，如图10所示，可知，egr率越低于某一内燃机运转状态下的目标值，则自着火正时越提前，并且燃烧噪声越增加。并且可知，egr率越高于某一内燃机运转状态下的目标值，则自着火正时越延迟，并且燃烧噪声越降低。

这样，在臭氧供给装置发生了故障的情况下和在进气温度等偏离了目标值的情况下，燃烧噪声的增减的倾向完全相反。

因此，在本实施方式中，当在ci运转模式中实际自着火正时与预想自着火正时偏离了预定曲轴角tth以上时，对与燃烧噪声处于相关关系的参数(在本实施方式中为爆震强度)的实际值和与内燃机运转状态相应的该参数的预想值进行比较，判定臭氧供给装置是否发生了故障。以下，对该本实施方式的ci运转模式中的臭氧供给装置的故障判定控制进行说明。

图11是对本实施方式的ci运转模式中的臭氧供给装置的故障判定控制进行说明的流程图。电子控制单元200在ci运转模式中以预定的运算周期(例如10[ms])反复执行本例程。

在步骤s1中，电子控制单元200读入基于曲轴角传感器218的输出信号算出的内燃机转速和由负荷传感器217检测出的内燃机负荷，来对内燃机运转状态进行检测。

在步骤s2中，电子控制单元200参照预先通过实验等制作出的表格，基于内燃机负荷来算出目标燃料喷射量qinj。目标燃料喷射量qinj基本上具有内燃机负荷越高则其越多的倾向。

另外，电子控制单元200参照预先通过实验等制作出的映射，基于内燃机运转状态来算出目标喷射正时ainj。目标喷射正时ainj被设定为使预混合气体的自着火正时成为最佳自着火正时(能够获得最大的输出转矩的自着火正时)的曲轴角。

进而，电子控制单元200参照预先通过实验等制作出的表格，基于内燃机负荷来算出目标臭氧供给量qozn。目标臭氧供给量qozn基本上具有内燃机负荷越高则其越多的倾向。

此外，除了这些目标燃料喷射量qinj等目标值以外，电子控制单元200还基于内燃机运转状态，与本流程图另行地算出目标进气温度、目标进气压力、以及目标进气门关闭正时等进排气门的目标气门定时等，并且控制各种控制部件以使其成为所算出的目标值。

在步骤s3中，电子控制单元200算出预混合气体的预想自着火正时[deg.ca]。

具体而言，电子控制单元200首先推定目标进气门关闭正时的缸内压力p以及缸内温度t，即初始缸内状态。在本实施方式中，电子控制单元200使用初始缸内状态的推定模型来推定初始缸内状态。初始缸内状态的推定模型是，以进气量、进气温、进气压、内燃机冷却水温等给缸内状态带来影响的参数作为输入值来推定目标进气门关闭正时的缸内压力p以及缸内温度t的物理运算模型。

接下来，电子控制单元200算出进行了预混合压缩自着火燃烧的情况下的从燃料的目标喷射正时ainj起的缸内压力p以及缸内温度t的推移。在本实施方式中，电子控制单元200首先使用缸内状态的推移模型来推定从进气门关闭正时起的缸内压力p以及缸内温度t的推移。缸内状态的推移模型是用于根据初始缸内状态来推定缸内状态如何变化的物理运算模型，以目标进气门关闭正时的缸内压力p以及缸内温度t作为输入值，并且假定压缩行程中的缸内压力p以及缸内温度t发生多方(polytrope)变化来推定从目标进气门关闭正时起的缸内压力p以及缸内温度t的推移。

然后，电子控制单元200，使用进行预混合压缩自着火燃烧的情况下的从燃料的目标喷射正时ainj起的缸内压力p以及缸内温度t的推移，根据基于livengood-wu的积分式的下述的式子(1)来算出预混合气体的预想自着火正时[deg.ca]。

在式子(1)中，τ为点火延迟时间，p为缸内压力，t为缸内温度，φ为当量比，on为辛烷值，res为残留气体比例(egr率)，e为活化能，r为一般气体常数。a、α、β、γ、δ(a、α、β、δ>0，γ<0)分别为同定(一致、趋同)常数(日文：同定定数)。

在式子(1)中，当对从喷射燃料起的点火延迟时间的倒数(1/τ)进行时间积分时，积分值成为1的时间te为点火延迟时间τ。因此，当从目标喷射正时ainj起对缸内压力p以及缸内温度t下的点火延迟时间的倒数(1/τ)进行时间积分时，将与积分值成为1的时间te相当的曲轴角度量与目标喷射正时ainj相加而得到的正时成为预混合气体的预想自着火正时。此外，在利用式子(1)算出预混合气体的预想自着火正时时，根据臭氧供给量使例如式子(1)的辛烷值on的值发生变化，从而能够使臭氧给自着火正时带来的影响反映于预想自着火正时。因此，在本实施方式中，根据目标臭氧供给量qozn来设定辛烷值的值，使其发生变动。

在步骤s4中，电子控制单元200参照预先通过实验等制作的表格，基于内燃机运转状态来算出爆震强度的预想值(以下称为“预想爆震强度”)。

在步骤s5中，电子控制单元200对预混合气体的实际自着火正时[deg.ca]进行检测。在本实施方式中，电子控制单元200基于通过缸内压传感器219检测出的缸内压力p来检测实际自着火正时。具体而言，如图12所示，电子控制单元200将缸内压力p急速上升的曲轴角，即缸内压力p的上升率(每单位曲轴角的缸内压力p的上升量)成为了预定值以上的曲轴角作为实际自着火正时而进行检测。

此外，实际自着火正时的检测方法不限定于这样的方法。公知能够基于由缸内压传感器219检测出的缸内压力p来算出放热率(＝每单位曲轴角的放热量)，并且基于该放热率来算出放热量的累积值(累积放热量)。因此，也可以是，例如如图13所示，将基于缸内压力p算出的放热量的累积值成为了预定值以上的曲轴角作为实际自着火正时而进行检测。另外，也可以是，如图14所示，将根据累积放热量的斜率外插算出的曲轴角作为实际自着火正时而进行检测。

在步骤s6中，电子控制单元200基于爆震传感器220的检测值来检测爆震强度的实际值(以下称为“实际爆震强度”)。

在步骤s7中，电子控制单元200判定从实际自着火正时减去预想自着火正时而得到的减法运算值te的绝对值是否为预定值tth以上。即，判定实际自着火正时与预想自着火正时是否偏离了预定值(预定曲轴角)tth以上。当减法运算值te的绝对值为预定值tth以上时，电子控制单元200前进至步骤s8的处理。另一方面，当减法运算值te的绝对值小于预定值tth时，电子控制单元200判断为臭氧供给装置、其他装置没有故障并且结束本次的处理。

在步骤s8中，电子控制单元200判定实际自着火正时是否比预想自着火正时延迟。具体而言，当从实际自着火正时减去预想自着火正时而得到的减法运算值te为正的值时，电子控制单元200判定为实际自着火正时比预想自着火正时延迟。另一方面，当减法运算值te为负的值时，电子控制单元200判定为实际自着火正时比预想自着火正时提前。在实际自着火正时比预想自着火正时延迟的情况下，电子控制单元200前进至步骤s9的处理。另一方面，在实际自着火正时比预想自着火正时提前的情况下，电子控制单元200前进至步骤s12的处理。

在步骤s9中，电子控制单元200判定与臭氧供给装置正常的情况相比燃烧噪声是否增加了。具体而言，当从实际爆震强度减去预想爆震强度而得到的减法运算值pkn1为预定值pknth1以上时，电子控制单元200判定为与臭氧供给装置正常的情况相比燃烧噪声增加了。电子控制单元200，当与臭氧供给装置正常的情况相比燃烧噪声增加了时前进至步骤s10的处理，当没有增加时前进至步骤s11的处理。

在步骤s10中，自着火正时比通常时延迟并且燃烧噪声与通常时相比增加了，所以，电子控制单元200判定为臭氧供给装置发生了故障。更详细而言，判定为臭氧供给装置发生了实际臭氧供给量变为比目标臭氧供给量少的故障。此外，优选的是，当判定为臭氧供给装置发生了故障时，例如使故障警告灯(mil：malfunctionindicationlamp)点亮来促使驾驶员修理燃料供给装置2。

在步骤s11中，虽然自着火正时比通常时延迟，但燃烧噪声不比通常时增加，所以，电子控制单元200判定为臭氧供给装置没有故障。此外，优选的是，在前进至步骤s11的情况下适当地对其他装置的故障进行判定。

在步骤s12中，电子控制单元200判定与臭氧供给装置正常的情况相比燃烧噪声是否降低了。具体而言，当从预想爆震强度减去实际爆震强度而得到的减法运算值pkn2为预定值pknth2以上时，电子控制单元200判定为与臭氧供给装置正常的情况相比燃烧噪声降低了。电子控制单元200，当与臭氧供给装置正常的情况相比燃烧噪声降低了时前进至步骤s13的处理，当没有降低时前进至步骤s14的处理。

在步骤s13中，由于自着火正时比通常时提前，并且燃烧噪声与通常时相比降低了，所以，电子控制单元200判定为臭氧供给装置发生了故障。更详细而言，判定为臭氧供给装置发生了实际臭氧供给量变为比目标臭氧供给量多的故障。

在步骤s14中，虽然自着火正时比通常时提前，但燃烧噪声不比通常时降低，所以，电子控制单元200判定为臭氧供给装置没有故障。此外，优选的是，在前进至步骤s14的情况下适当地对其他装置的故障进行判定。

根据以上所说明的本实施方式，电子控制单元200控制内燃机100，所述内燃机100具备：内燃机主体1；燃料供给装置2，其向内燃机主体1的燃烧室11直接供给燃料；以及作为臭氧供给装置的放电火花塞81，其向燃烧室11直接或者间接地供给臭氧，所述电子控制单元200具备：燃烧控制部，其控制燃料供给装置2以及臭氧供给装置以使得在自着火区域rr(预定的运转区域)中在燃烧室11内产生空间上或者时间上的臭氧浓度差，由此使预混合气体在燃烧室11内阶段性地进行压缩自着火燃烧；和臭氧故障判定部，其在自着火区域rr(预定的运转区域)中对臭氧供给装置的故障进行判定。

并且，臭氧故障判定部具备：实际自着火正时检测部，其检测预混合气体的实际自着火正时；预想自着火正时算出部，其算出预混合气体的预想自着火正时；燃烧噪声检测部，其检测使预混合气体进行了压缩自着火燃烧时的燃烧噪声；以及预想燃烧噪声算出部，其算出使预混合气体进行了压缩自着火燃烧时的预想燃烧噪声，臭氧故障判定部构成为，当实际自着火正时比预想自着火正时延迟并且燃烧噪声比预想燃烧噪声大时，或者当实际自着火正时比预想自着火正时提前并且燃烧噪声比预想燃烧噪声小时，判定为臭氧供给装置发生了故障。

由此，能够对是臭氧供给装置发生了故障而在实际自着火正时与预想自着火正时产生了偏离、还是因进气温度、实际压缩比、egr率等偏离了与内燃机运转状态相应的目标值而在实际自着火正时与预想自着火正时产生了偏离进行判别。因此，能够抑制臭氧供给装置的故障判定精度的降低。

(第2实施方式)

接下来，对本发明的第2实施方式进行说明。在本实施方式中，ci运转模式中的臭氧供给装置的故障判定控制的内容与第1实施方式不同。以下，以该不同点为中心进行说明。

图15与图8同样，是对臭氧供给装置正常的情况下(臭氧量通常时)的放热率图形、臭氧供给装置发生故障而实际臭氧供给量变为比目标臭氧供给少的情况下(臭氧量过少时)的放热率图形、以及臭氧供给装置发生故障而实际臭氧供给量变为比目标臭氧供给多的情况下(臭氧量过多时)的放热率图形分别进行比较而示出的图。

在图15中也与图7以及图8同样，放热率图形a是存在于高臭氧浓度区域的预混合气体进行了压缩自着火燃烧时的放热率图形。放热率图形b是存在于低臭氧浓度区域的预混合气体进行了压缩自着火燃烧时的放热率图形。放热率图形c是放热率图形a与放热率图形b合并而得到的实际的放热率图形。

也参照图8进行了说明，如图15的“臭氧量过少时”所示，当臭氧供给装置发生故障而实际臭氧供给量变为比目标臭氧供给量少时，与通常时相比预混合气体的自着火正时延迟，并且燃烧噪声增加。另外，如图15的“臭氧量过多时”所示，当臭氧供给装置发生故障而实际臭氧供给量变为比目标臭氧供给量多时，与通常时相比预混合气体的自着火正时提前，并且燃烧噪声降低。

并且，根据图15也可知，当臭氧量过少时，放热率图形a整体地延迟，另一方面，放热率图形b几乎不移动。因此，当臭氧供给装置发生故障而预混合气体的自着火正时比通常时迟时，图15所示的自着火燃烧期间(明确地出现放热率图形c的期间)变为比通常时短。另外，当臭氧量过多时，放热率图形a整体地提前，另一方面，放热率图形b几乎不移动。因此，当臭氧供给装置发生故障而预混合气体的自着火正时比通常时提前时，图15所示的自着火燃烧期间变为比通常时长。

与此相对，当进气温度等偏离目标值而导致预混合气体的自着火正时比通常时迟时，如上所述，自着火燃烧期间变为比通常长。另外，当进气温度等偏离目标值而导致预混合气体的自着火正时比通常时提前时，如上所述，自着火燃烧期间变为比通常短。

图16是示出某一内燃机运转状态下的，臭氧供给量与使预混合压进行了压缩自着火燃烧时的自着火正时、燃烧噪声以及自着火燃烧期间的关系的图。图17是示出某一内燃机运转状态下的，进气温度、实际压缩比以及egr率(氧气浓度)与使预混合压进行了压缩自着火燃烧时的自着火正时、燃烧噪声以及自着火燃烧期间的关系的图。

如图16所示，可知，臭氧供给量越多于某一内燃机运转状态下的目标臭氧供给量，则自着火正时越提前，并且自着火燃烧期间越短。并且可知，臭氧供给量越少于某一内燃机运转状态下的目标臭氧供给量，则自着火正时越延迟，并且自着火燃烧期间越长。

另一方面，如图17所示，可知，进气温度越高于某一内燃机运转状态下的目标值，则自着火正时越提前，并且自着火燃烧期间越长。并且可知，进气温度越低于某一内燃机运转状态下的目标值，则自着火正时越延迟，并且自着火燃烧期间越短。

另外，如图17所示，可知，压缩比越高于某一内燃机运转状态下的目标值，则自着火正时越提前，并且自着火燃烧期间越长。并且可知，压缩比越低于某一内燃机运转状态下的目标值，则自着火正时越延迟，并且自着火燃烧期间越短。

进而，如图17所示，可知，egr率越低于某一内燃机运转状态下的目标值，则自着火正时越提前，并且自着火燃烧期间越长。并且可知，egr率越高于某一内燃机运转状态下的目标值，则自着火正时越延迟，并且自着火燃烧期间越短。

这样，在臭氧供给装置发生了故障的情况下和在进气温度等偏离了目标值的情况下，与燃烧噪声同样，自着火燃烧期间的增减的倾向也完全相反。

因此，在本实施方式中，当在ci运转模式中实际自着火正时与预想自着火正时偏离了预定曲轴角tth以上时，对自着火燃烧期间的实际值和自着火燃烧期间的预想值进行比较，从而判定臭氧供给装置是否发生了故障。以下，对该本实施方式的ci运转模式中的臭氧供给装置的故障判定控制进行说明。

图18是对本实施方式的ci运转模式中的臭氧供给装置的故障判定控制进行说明的流程图。电子控制单元200在ci运转模式中以预定的运算周期(例如10[ms])反复执行本例程。此外，关于步骤s1～步骤s3、步骤s5、步骤s7、以及步骤s8的处理的内容，实施与图11的流程图同样的处理，所以在此省略说明。

在步骤s21中，电子控制单元200参照预先通过实验等制作的映射，基于内燃机运转状态来算出自着火燃烧期间的预想值(以下称为“预想燃烧期间”)。

在步骤s22中，电子控制单元200算出自着火燃烧期间的实际值(以下称为“实际燃烧期间”)。在本实施方式中，电子控制单元200基于通过缸内压传感器219检测出的缸内压力p来算出放热率图形，根据该放热率图形来算出实际燃烧期间。

在步骤s23中，电子控制单元200判定与臭氧供给装置正常的情况相比自着火燃烧期间是否变短了。具体而言，当从预想燃烧期间减去实际燃烧期间而得到的减法运算值tcmb1为预定值tcmbth1以上时，电子控制单元200判定为与臭氧供给装置正常的情况相比自着火燃烧期间变短了。电子控制单元200，当与臭氧供给装置正常的情况相比自着火燃烧期间变短了时前进至步骤s24的处理，当没有变短时前进至步骤s25的处理。

在步骤s24中，自着火正时比通常时延迟，并且自着火燃烧期间变为比通常时短，所以，电子控制单元200判定为臭氧供给装置发生了故障。更详细而言，判定为臭氧供给装置发生了实际臭氧供给量变为比目标臭氧供给量少的故障。

在步骤s25中，虽然自着火正时比通常时延迟，但自着火燃烧期间不比通常时短，所以，电子控制单元200判定为臭氧供给装置没有故障。此外，优选的是，在前进至步骤s25的情况下，适当地对其他装置的故障进行判定。

在步骤s26中，电子控制单元200判定与臭氧供给装置正常的情况相比自着火燃烧期间是否变长了。具体而言，当从实际燃烧期间减去预想燃烧期间而得到的减法运算值tcmb2为预定值tcmbth2以上时，电子控制单元200判定为与臭氧供给装置正常的情况相比自着火燃烧期间变长了。电子控制单元200，当与臭氧供给装置正常的情况相比自着火燃烧期间变长了时前进至步骤s27的处理，当没有降低时前进至步骤s28的处理。

在步骤s27中，自着火正时比通常时提前，并且自着火燃烧期间变为比通常时长，所以，电子控制单元200判定为臭氧供给装置发生了故障。更详细而言，判定为臭氧供给装置发生了实际臭氧供给量变为比目标臭氧供给量多的故障。

在步骤s28中，虽然自着火正时比通常时提前，但自着火燃烧期间不比通常时长，所以，电子控制单元200判定为臭氧供给装置没有故障。此外，优选的是，在前进至步骤s28的情况下适当地对其他装置的故障进行判定。

根据以上所说明的本实施方式，电子控制单元200(控制装置)控制内燃机100，所述内燃机100具备：内燃机主体1；燃料供给装置2，其向内燃机主体1的燃烧室11直接供给燃料；以及作为臭氧供给装置的放电火花塞81，其向燃烧室11直接或者间接地供给臭氧，所述电子控制单元200具备：燃烧控制部，其控制燃料供给装置2以及臭氧供给装置以使得在自着火区域rr(预定的运转区域)中在燃烧室11内产生空间上或者时间上的臭氧浓度差，由此使预混合气体在燃烧室11内阶段性地进行压缩自着火燃烧；和臭氧故障判定部，其在自着火区域rr(预定的运转区域)中对臭氧供给装置的故障进行判定。

并且，臭氧故障判定部具备：实际自着火正时检测部，其检测预混合气体的实际自着火正时；预想自着火正时算出部，其算出预混合气体的预想自着火正时；实际燃烧期间检测部，其检测使预混合气体进行了压缩自着火燃烧时的实际燃烧期间；以及预想燃烧期间算出部，其算出使预混合气体进行了压缩自着火燃烧时的预想燃烧期间，臭氧故障判定部构成为，当实际自着火正时比预想自着火正时迟并且实际燃烧期间比预想燃烧期间短时，或者当实际自着火正时比预想自着火正时提前并且实际燃烧期间比预想燃烧期间长时，判定为臭氧供给装置发生了故障。

由此，能够对是臭氧供给装置发生了故障而在实际自着火正时与预想自着火正时产生了偏离、还是由于进气温度、实际压缩比、egr率等偏离了与内燃机运转状态相应的目标值而导致在实际自着火正时与预想自着火正时产生了偏离进行判别。因此，能够抑制臭氧供给装置的故障判定精度的降低。

(第3实施方式)

接下来，对本发明的第3实施方式进行说明。本实施方式基于燃料供给装置2的故障判定结果来判断是否实施臭氧供给装置的故障判定，这一点与第2实施方式不同。以下，以该不同点为中心进行说明。

在第2实施方式中，当在ci运转模式中实际自着火正时与预想自着火正时偏离了预定曲轴角tth以上时，对实际燃烧期间与预想燃烧期间进行比较，从而判定臭氧供给装置是否发生了故障。

在此，实际自着火正时也根据当量比φ而发生变化。具体而言，在燃料喷射量变为比与内燃机负荷相应的目标燃料喷射量qinj多的情况下，当量比φ变为比所设想的当量比大从而预混合气体容易进行自着火，所以，自着火正时提前。另一方面，在燃料喷射量变为比目标燃料喷射量qinj少的情况下，当量比φ变为比所设想的当量比小从而预混合气体难以进行自着火，所以，自着火正时延迟。

即，在因燃料供给装置2的故障而导致燃料喷射量相对于与内燃机负荷相应的目标燃料喷射量qinj发生了增减的情况下，也会与臭氧供给装置发生了故障的情况同样地在实际自着火正时与预想自着火正时产生偏离。并且，在由于燃料供给装置2的故障而导致在实际自着火正时与预想自着火正时产生了偏离的情况下，与臭氧供给装置发生了故障的情况同样地存在如下情况：当实际点火正时比通常时延迟时自着火燃烧期间变为比通常时短，当实际点火正时比通常时提前时自着火燃烧期间变为比通常时长。以下，参照图19对这一点进行说明。

图19是分别示出燃料供给装置2正常的情况下(燃料喷射量通常时)的放热率图形的一例、燃料供给装置2发生故障而燃料喷射量变为比目标喷射量少的情况下(燃料喷射量过少时)的放热率图形的一例、以及燃料供给装置2发生故障而燃料喷射量变为比目标喷射量多的情况下(燃料喷射量过多时)的放热率图形的一例的图。

此外，在图19中，在燃料喷射量通常时、过少时、以及过多时中的任一情况下臭氧供给装置均正常。另外，在图19中也与图7等同样，放热率图形a是存在于高臭氧浓度区域的预混合气体进行了压缩自着火燃烧时的放热率图形。放热率图形b是存在于低臭氧浓度区域的预混合气体进行了压缩自着火燃烧时的放热率图形。放热率图形c是放热率图形a与放热率图形b合并而得到的实际的放热率图形。

如图19的“燃料喷射量过少时”所示，在燃料喷射量变为比目标燃料喷射量qinj少的情况下，当量比φ变为比所设想的当量比小而预混合气体难以进行自着火，所以，自着火正时比燃料喷射量通常时迟。

因此，在与燃料喷射量通常时相比缸内压力p以及缸内温度t低的曲轴角处，预混合气体进行自着火燃烧，所以，基本上燃烧会变得缓慢而燃烧速度降低。

然而，如图19的“燃料喷射量过少时”所示，在燃料喷射量变为比目标燃料喷射量qinj少的情况下，有助于放热率图形c的形成的燃料量自身变为比燃料喷射量通常时少，所以，即使燃烧变得缓慢而燃烧速度降低，也存在自着火燃烧期间变为比燃料喷射量通常时短的情况。

另外，如图19的“燃料喷射量过多时”所示，在燃料喷射量变为比目标燃料喷射量qinj多的情况下，当量比φ变为比所设想的当量比大而预混合气体容易进行自着火，所以，自着火正时比燃料喷射量通常时提前。

因此，在与燃料喷射量通常时相比缸内压力p以及缸内温度t高的曲轴角处，预混合气体进行自着火燃烧，所以，基本上燃烧变得迅速而燃烧速度增加。

然而，如图19的“燃料喷射量过多时”所示，在燃料喷射量变为比目标燃料喷射量qinj多的情况下，有助于放热率图形c的形成的燃料量自身变为比燃料喷射量通常时多，所以，即使燃烧变得迅速而燃烧速度增加，也存在自着火燃烧期间变为比燃料喷射量通常时长的情况。

因此，当像第2实施方式那样，在实际自着火正时与预想自着火正时偏离了预定曲轴角tth以上的情况下，对实际燃烧期间和预想燃烧期间进行比较来判定臭氧供给装置是否发生了故障时，若没有预先对燃料供给装置2的故障进行判定，则有可能尽管燃料供给装置2发生了故障，但误判定为是臭氧供给装置发生了故障。

因此，在本实施方式中，在预先对燃料供给装置2的故障进行了判定的基础上实施臭氧供给装置的故障判定。

此外，如图19所示，燃烧噪声(放热率的峰值)，在与通常相比实际自着火正时延迟时降低，在实际自着火正时提前时增加。即，关于燃烧噪声，在臭氧供给装置发生了故障的情况下和在燃料供给装置2发生了故障的情况下，其增减的倾向完全相反。因此，在像第1实施方式那样，当实际自着火正时与预想自着火正时偏离了预定曲轴角tth以上时，对实际燃烧期间和预想燃烧期间进行比较来判定臭氧供给装置是否发生了故障的情况下，即使臭氧供给装置发生了故障，也能够高精度地对臭氧供给装置的故障进行判定。

图20是对本实施方式的ci运转模式中的臭氧供给装置的故障判定控制进行说明的流程图。电子控制单元200在ci运转模式中以预定的运算周期(例如10[ms])反复执行本例程。此外，关于步骤s31的处理以外的处理，实施与图18的流程图同样的处理，所以在此省略说明。

在步骤s31中，电子控制单元200判定臭氧供给装置的故障判定实施标志f是否被设定为1。臭氧供给装置的故障判定实施标志f是如下标志：在后面参照图21叙述的燃料供给装置的故障判定控制中，其值被设定为0或1，在有可能误判定为实施臭氧供给装置的故障判定的情况下其值被设定为0。此外，臭氧供给装置的故障判定实施标志f的初始值被设定为1。

图21是对本实施方式的燃料供给装置2的故障判定控制进行说明的流程图。电子控制单元200除了臭氧供给装置的故障判定控制以外另行以预定的运算周期(例如10[ms])反复执行本例程。

在步骤s101中，电子控制单元200读入基于曲轴角传感器218的输出信号算出的内燃机转速和由负荷传感器217检测出的内燃机负荷，来对内燃机运转状态进行检测。

在步骤s102中，电子控制单元200参照预先通过实验等制作的表格，基于内燃机负荷来算出目标燃料喷射量qinj。

在步骤s103中，电子控制单元200基于通过空气流量计212检测出的进气量和目标燃料喷射量qinj来算出排气的空燃比的预想值(以下称为“预想空燃比”)。

在步骤s104中，电子控制单元200基于空燃比传感器221的检测值来算出排气的空燃比的实际值(以下称为“实际空燃比”)。

在步骤s105中，电子控制单元200判定燃料供给装置2是否发生了故障。具体而言，电子控制单元200判定从实际空燃比减去预想空燃比而得到的减法运算值(以下称为“空燃比差”)afr的绝对值是否为预定值afrth1以上。当空燃比差afr的绝对值为预定值afrth1以上时，电子控制单元200判定为燃料供给装置2发生了故障而前进至步骤s106的处理。另一方面，电子控制单元200，当空燃比差afr的绝对值小于预定值afrth1时，判定为燃料供给装置2正常而前进至步骤s111的处理。

在步骤s106中，电子控制单元200判定燃料供给装置2的故障是否轻微、是否能够通过修正目标燃料喷射量qinj来充分修正燃料喷射量的偏离。具体而言，电子控制单元200判定空燃比差afr的绝对值是否为比前述的预定值afrth1大的预定值afrth2以上。当空燃比差afr的绝对值小于预定值afrth2时，电子控制单元200判定为燃料供给装置2的故障轻微而前进至步骤s107的处理。另一方面，当空燃比差afr的绝对值为预定值afrth2以上时，电子控制单元200判定为燃料供给的故障不轻微而前进至步骤s109的处理。

在步骤s107中，电子控制单元200参照预先通过实验等制作的表格，基于空燃比差afr来算出与下次算出的目标燃料喷射量qinj相乘的修正系数k。修正系数k的初始值被设定为1。当空燃比差afr成为了为正数时，即实际空燃比比预想空燃比大，排气的空燃比比通常时稀时，需要对目标燃料喷射量qinj进行增量修正，所以，电子控制单元200将修正系数k设定为比1大的值。另一方面，当空燃比差afr成为了为负数时，即实际空燃比比预想空燃比小，排气的空燃比比通常时浓时，需要对目标燃料喷射量qinj进行减量修正，所以，电子控制单元200将修正系数k设定为比1小的值。

在步骤s108中，电子控制单元200将臭氧供给装置的故障判定实施标志f设定为1。这是因为，当燃料供给装置2的故障轻微，能够通过修正目标燃料喷射量qinj来充分修正燃料喷射量的偏离时，即使实施臭氧供给装置的故障判定，做出误判定的可能性也小。

在步骤s109中，电子控制单元200使故障警告灯(mil：malfunctionindicationlamp)点亮来促使驾驶员修理燃料供给装置2。

在步骤s110中，电子控制单元200将臭氧供给装置的故障判定实施标志f设定为0。这是因为：当燃料供给装置2的故障不轻微时无法充分修正燃料喷射量的偏离，有可能误判定为实施臭氧供给装置的故障判定。

在步骤s111中，电子控制单元200将修正系数k1设定为初始值1。

在步骤s112中，电子控制单元200将燃料供给装置的故障判定标志设定为0。

根据以上所说明的本实施方式，电子控制单元200(控制装置)还具备对燃料供给装置的故障进行判定的燃料故障判定部，构成为基于燃料供给装置2的故障判定结果来判断是否实施臭氧供给装置的故障判定。

由此，能够获得与第2实施方式同样的作用效果，并且能够防止如下情况：当在实际自着火正时与预想自着火正时偏离了预定曲轴角tth以上的情况下，对实际燃烧期间和预想燃烧期间进行比较来判定臭氧供给装置是否发生了故障时，虽然是燃料供给装置2发生了故障，但误判定为是臭氧供给装置发生了故障。因此，能够进一步抑制臭氧供给装置的故障判定精度的降低。

以上，说明了本发明的实施方式，但上述实施方式仅示出本发明应用例的一部分，主旨并非将本发明技术范围限定于上述实施方式的具体构成。

例如，在上述的第1实施方式中，使用通过爆震传感器220检测出的爆震强度作为燃烧噪声的代表，但燃烧噪声起因于燃烧激振力，所以，也可以使用例如通过缸内压传感器219检测出的缸内压力p的最大值等作为燃烧噪声的代表。

另外，在上述的各实施方式中，在算出预想自着火正时时，使用包括式子(1)的运算模型来进行运算，但也可以使用预先通过实验等制作的映射，基于例如内燃机运转状态来进行运算。