(57)【要約】【課題】燃焼特性の経時的な悪化の要因となる筒内直噴用の燃料噴射弁の噴口周辺へのカーボンデポジットの堆積を防止する。【解決手段】内燃機関の運転状態ごとに予め設定した極少量の燃料噴射を行うための副噴射の燃料噴射用制御パルスをイオン電流出力から検出した燃焼初期の火炎の状態に関する情報に基づいて発生させる。また、イオン電流検出回路から燃料噴射弁の噴口まで燃焼火炎が成長するまでの時間遅れを考慮して副噴射の燃料噴射開始時期を遅延させる。当該構成により、簡素な燃焼状態の検出手段で実際の燃焼初期の火炎の状態を正確に検知したうえで副噴射が実行できるため、極少量の噴射でも噴口周辺に対する冷却効果が十分得られ、未燃物の排出増加を抑えつつ筒内直噴用の燃料噴射弁の噴口周辺へのカーボンデポジットの堆積を防止することができる。【選択図】図１０
2010242669.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒ごとに燃焼空間に燃料を直接噴射する直噴用燃料噴射弁を有する内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
少なくとも一部の運転状態では気筒ごとに吸気行程または圧縮行程で燃料を噴射する主噴射とは別に、上記主噴射よりも遅れて燃料を噴射する副噴射を行う副噴射手段と、
上記燃焼空間に突き出させた電極で上記燃焼空間の一部分に与えた電位が燃焼火炎内に発生するイオンに作用することにより燃焼火炎内を流れる微弱電流を検知するイオン電流検知手段と
を備え、
上記副噴射手段による上記副噴射の開始時期を上記イオン電流検知手段から得られるイオン電流発生パターンに基づいて設定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
気筒ごとに燃焼空間に燃料を直接噴射する直噴用燃料噴射弁と吸気流路に燃料を噴射する吸気流路用燃料噴射弁とを有する内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
少なくとも一部の運転状態では気筒ごとに排気行程または吸気行程で上記吸気流路用燃料噴射弁から燃料を噴射する主噴射とは別に、上記主噴射よりも遅れて燃料を噴射する副噴射を行う副噴射手段と、
上記燃焼空間に突き出させた電極で上記燃焼空間の一部分に与えた電位が燃焼火炎内に発生するイオンに作用することにより燃焼火炎内を流れる微弱電流を検知するイオン電流検知手段と
を備え、
上記副噴射手段による上記副噴射の開始時期を上記イオン電流検知手段から得られるイオン電流発生パターンに基づいて設定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
上記副噴射手段による上記副噴射の開始時期は、上記イオン電流検知手段から得られる上記イオン電流発生パターンから火花放電期間を除いた点火時期以降で最初に電流値が予め定めた一定時間以上連続して増大したことが検知された時点として設定されることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
上記副噴射手段による上記副噴射の開始時期は、上記イオン電流検知手段から得られる上記イオン電流発生パターンから火花放電期間を除いた点火時期以降で最初に電流値が予め定めた一定時間連続して増大し始めた時点から予め定めた噴射遅延時間だけ遅れた時点として設定されることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
上記噴射遅延時間は、予め定めた基準値に比率を乗じた値であり、
上記比率は、上記イオン電流検知手段から得られる上記イオン電流発生パターンから火花放電期間を除いた点火時期以降で最初に電流値が予め定めた一定時間連続して増大し始めた時点の点火時期からの経過時間を上記経過時間の基準値として予め定めた経過時間基準値で除した値である
ことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の制御装置に関し、特に、経時的な燃焼特性の変化を抑えた内燃機関を提供すべく、筒内直噴用の燃料噴射弁へのカーボンデポジット堆積を防止するための燃料噴射制御を行う内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の筒内直噴用の燃料噴射弁を有する内燃機関の構成と基本的な動作を図１を用いて説明する。図１において、１は内燃機関本体、２はピストン、３はクランク、４はコネクティングロッド、５は、内燃機関本体１内の燃焼空間、６は排気弁、７は吸気弁、８はスロットル弁、９は吸気流路、１０はエンジンコントローラ、１１は筒内直噴用燃料噴射弁、１２は燃料流路、１３は吸気流路内噴射用燃料噴射弁、１４は点火コイル、１５は点火プラグである。
【０００３】
次に動作であるが、内燃機関本体１の内部に構成される各気筒それぞれに備えられたピストン２は、クランク３とコネクティングロッド４の作用により燃焼空間５の容積を増減させるように垂直方向に往復運動する。ピストン２が２回往復運動する間の１回の燃焼空間５の容積が減少する行程間に排気弁６が開き、続く燃焼空間５の容積が増加する行程間に吸気弁７が開くという、所謂、４サイクル内燃機関である。
【０００４】
通常の火花点火燃焼では吸気弁７が開くとスロットル弁８で流量が調整された空気（図示せず）が吸気流路９を通って燃焼空間５に吸入され、エンジンコントローラ１０からの気筒別の制御信号を受けた筒内直噴用燃料噴射弁１１が燃料流路１２を通じて供給された燃料(図示せず)を燃焼空間５に噴射する。なお燃料噴射は、吸気流路内噴射用燃料噴射弁１３により吸気弁７が開く前も含めた時期に、エンジンコントローラ１０からの気筒別の制御信号を受けて吸気流路１２内部に行う場合もある。
【０００５】
何れの場合においても燃焼空間５の内部には燃料と吸入された空気が均質に混ざり合った可燃性混合気(図示せず)または層状に混ざり合った可燃性混合気が生成され、それらはピストン２により圧縮される。圧縮の後半にはエンジンコントローラ１０から気筒別の制御信号を受けた点火コイル１４が点火プラグ１５に火花放電を発生させて圧縮された可燃性混合気を強制的に発火させ、可燃性混合気が連鎖的に燃焼する。
【０００６】
可燃性混合気の燃焼に伴って上昇する燃焼空間５の圧力は圧縮行程を完了したピストン２を押し下げるよう作用して、そのエネルギーはコネクティングロッド４とクランク３の作用により軸回転力として内燃機関の外部に取り出される。この膨張行程を完了したピストン２は再び上昇するが、その際に排気弁６が開放されて燃焼ガスが燃焼空間５の外部に放出される。その後は再び吸気弁７が開いて上記の動作が繰り返される。
【０００７】
ところで、このように筒内に燃料を直接噴射する目的は主に次の２つであることは周知である。一つは燃料量に対する空気吸入量をより多くして高効率な内燃機関を得るための層状の可燃性混合気形成と、もう一つは内燃機関のダウンサイジングで、筒内での燃料気化に伴う吸入空気冷却効果を利用した吸入空気量の増量である。
【０００８】
層状の可燃性混合気を形成する内燃機関では圧縮行程中に燃料を燃焼空間５に直接噴射するが、層状の可燃性混合気による安定的な燃焼が得難い高回転数や高負荷の条件などでは、可燃性混合気を均質化するため吸気行程中に燃料を燃焼空間５に直接噴射するか、吸気行程以前も含めて吸気流路１２内に燃料を噴射する必要がある。
【０００９】
燃焼空間５への燃料の直接噴射には上記のような利点があるが、燃焼空間５に直接噴射するためには燃焼空間５に発生する燃焼火炎や高温の燃焼ガスに曝される位置に筒内直噴用燃料噴射弁１１を配置する必要があり、特に、燃料噴射弁の先端部分に配置されている噴口(図示せず)やその周辺は高温化しやすい。
【００１０】
燃料噴射後にも燃料の一部が残留しやすい筒内直噴用燃料噴射弁１１の噴口周辺の高温化は、残留した燃料を炭化させて噴口周辺に堆積させる要因となる。
【００１１】
この噴口周辺での所謂カーボンデポジットと呼ばれる炭化物の堆積は、燃料噴射の妨げとなり、燃料噴射特性や噴霧形状に変化をもたらすため、特に層状の可燃性混合気を形成する燃焼では燃焼特性を大きく変化させてしまう。
【００１２】
例えば、特許文献１にも記述されているが、カーボンデポジットの堆積は噴口の周辺が概ね１４０℃から１８０℃に達している場合に顕著となる。これは残留した燃料が当該温度でカーボンデポジットとして成長するための核を生成するためと考えられている。燃焼空間５に存在する大半の可燃性混合気を構成する燃料は燃焼火炎の成長に伴って十分高温になるため、核は瞬時に消滅するが、噴口の周辺など当該温度が維持される部分では核が生成されてカーボンデポジットが成長する。
【００１３】
この燃料噴射弁の噴口周辺のカーボンデポジットの生成と堆積を抑制するには該当部分の高温化防止が有効であり、特許文献１では通常は筒内に燃料を直接噴射するための燃料噴射弁からの燃料噴射を休止させる均質化した混合気による燃焼制御においても、噴射する燃料の一部を筒内に燃料を直接噴射するための燃料噴射弁から噴射する制御が提案されている。これは噴射する燃料による噴口の冷却効果を利用するものである。
【００１４】
特許文献１に係る技術である燃料による噴口の冷却は核を形成する温度に到達させない手段として確かに有効であるが、特許文献１に係る技術には筒内への燃料の直接噴射を圧縮行程で行う旨のみが明記されており、具体的な噴射制御時期が示されていない。
【００１５】
内燃機関で混合気を均質化して燃焼させる場合は、燃料と空気の比率を概ね理論混合比率またはそれよりも若干空気過剰気味に制御する場合が殆どである。その場合に圧縮行程でも燃料噴射を行うと点火時期までに可燃性混合気は均質化しきれずに部分的に燃料濃度が濃くなってしまう。すなわち部分的に空気不足の可燃性混合気が形成され、これにより未燃成分の排出による燃費悪化や、スモークなどの有害成分の排出の増加を招いてしまう。
【００１６】
そこで圧縮行程での燃料噴射は極微量とする必要があるが、極微量であれば噴口周辺の冷却能力も小さいため、火炎が噴口に最接近する時期や燃焼ガスが最も高温化する時期に正確に合わせて燃料噴射を実施しないと瞬時的にも噴口付近がカーボンデポジットの核を生成する温度に達してカーボンデポジットの堆積に伴う燃焼特性の悪化を招く問題があった。
【００１７】
この問題に対して、例えば特許文献２に係る技術では、燃焼火炎が噴口付近に到達する時期を点火時期または燃焼室圧力から推定して、燃料噴射を実施することで、未燃成分の排出による燃費悪化やスモークなどの有害成分の排出の増加を招くことなく、燃料噴射弁の噴口周辺のカーボンデポジットの生成と堆積が抑制されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２００２−３６４４０９号公報
【特許文献２】特開２００７−３２１５９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
特許文献２に係る燃焼火炎が燃料噴射弁の噴口に到達する直前に燃料噴射を行う技術によると、噴射燃料による噴口の冷却に加えて燃焼火炎の噴口への直接到達の抑制や噴射燃料の気化に伴う噴口周辺の燃焼空間の冷却による噴口の加熱が抑制されることから、未燃成分の排出による燃費悪化やスモークなどの有害成分の排出の増加を招かない少量の燃料噴射でも燃料噴射弁の噴口周辺のカーボンデポジットの生成と堆積を抑制できる。
【００２０】
しかしながら、燃焼火炎が燃料噴射弁の噴口に到達する時期を点火時期または燃焼空間圧力から推定しており、到達時期を正確に推定できない、または、正確に推定するには高価な検出素子を必要とするなどの問題がある。
【００２１】
即ち、特許文献２に係る技術では、燃焼火炎が燃料噴射弁の噴口に到達する時期を点火制御時期からの経過時間で推定しており、経過時間は各種運転状況に基づいて適正値を設定しておくと明記されている。
【００２２】
しかしながら、燃焼開始や燃焼火炎の広がりは内燃機関の軸回転数や軸出力や吸入空気温度や冷却水温度や燃料性状などの種々の要因で変化するため、点火制御時期からの経過時間を常に正確に設定するためにはこれらの要因を掛け合わせた大量の適正値データを備える必要があり、制御装置に大容量の記憶領域を必要とする。
【００２３】
一方、燃焼火炎が燃料噴射弁の噴口に到達する時期を燃焼空間圧力から推定する技術では実際に発生した燃焼火炎からの情報に基づいているため、運転状況によらず正確な推定が可能であるが、燃焼空間圧力を検出するためには高価な素子を必要とする。
【００２４】
本発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、イオン電流出力から検出した燃焼初期の火炎の状態に関する情報に基づいて筒内直噴用の燃料噴射弁からの燃料噴射を副噴射として実行することにより、未燃物の排出増加を抑えつつ燃料噴射弁の噴口周辺へのカーボンデポジットの堆積を防止することが可能な内燃機関の制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
この発明は、気筒ごとに燃焼空間に燃料を直接噴射する直噴用燃料噴射弁を有する内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、少なくとも一部の運転状態では気筒ごとに吸気行程または圧縮行程で燃料を噴射する主噴射とは別に、上記主噴射よりも遅れて燃料を噴射する副噴射を行う副噴射手段と、上記燃焼空間に突き出させた電極で上記燃焼空間の一部分に与えた電位が燃焼火炎内に発生するイオンに作用することにより燃焼火炎内を流れる微弱電流を検知するイオン電流検知手段とを備え、上記副噴射手段による上記副噴射の開始時期を上記イオン電流検知手段から得られるイオン電流発生パターンに基づいて設定することを特徴とする内燃機関の制御装置である。
【発明の効果】
【００２６】
この発明は、気筒ごとに燃焼空間に燃料を直接噴射する直噴用燃料噴射弁を有する内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、少なくとも一部の運転状態では気筒ごとに吸気行程または圧縮行程で燃料を噴射する主噴射とは別に、上記主噴射よりも遅れて燃料を噴射する副噴射を行う副噴射手段と、上記燃焼空間に突き出させた電極で上記燃焼空間の一部分に与えた電位が燃焼火炎内に発生するイオンに作用することにより燃焼火炎内を流れる微弱電流を検知するイオン電流検知手段とを備え、上記副噴射手段による上記副噴射の開始時期を上記イオン電流検知手段から得られるイオン電流発生パターンに基づいて設定することを特徴とする内燃機関の制御装置であるので、イオン電流出力から検出した燃焼初期の火炎の状態に関する情報に基づいて筒内直噴用の燃料噴射弁からの燃料噴射を副噴射として実行することにより、未燃物の排出増加を抑えつつ燃料噴射弁の噴口周辺へのカーボンデポジットの堆積を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る燃焼空間に燃料を直接噴射する内燃機関の構成図である。
【図２】本発明に係る吸気行程に主噴射として燃焼空間に燃料を直接噴射する場合の燃料噴射時期を示す図である。
【図３】本発明に係る主噴射として吸気流路に燃料を噴射する場合の燃料噴射時期を示す図である。
【図４】本発明に係る空燃比を最適化するための主噴射の燃料噴射制御の流れを示す図である。
【図５】本発明に係る副噴射における噴霧と燃焼火炎の様子を示す図である。
【図６】本発明に係る副噴射の燃料噴射時期を変更した場合のカーボンデポジット堆積量の変化傾向を示す図である。
【図７】本発明に係る副噴射の燃料噴射期間を変更した場合の未燃炭化水素排出濃度の変化傾向を示す図である。
【図８】本発明に係る点火電極を用いてイオン電流出力を得るための検出回路を有する内燃機関の構成図である。
【図９】本発明に係る火花点火燃焼における典型的なイオン電流出力パターンを示す図である。
【図１０】本発明に係るイオン電流出力情報に基づく副噴射の燃料噴射制御の流れを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、この発明の実施の形態を図を用いて説明する。
【００２９】
実施の形態１．
図２は、吸気行程において燃焼空間に燃料を直接噴射する場合の燃料噴射時期を示す図で、図３は吸気流路に燃料を直接噴射する場合の燃料噴射時期を示す図であり、共に横軸はクランク軸の回転角度を示している。
【００３０】
多くの４サイクルの内燃機関では効率よく燃焼ガスの排出と空気の吸入を行うため、排気期間と吸気期間の一部分が吸気上死点付近で重なり合う、所謂、バルブオーバーラップが設定されている。よって、吸気上死点直後は排気が継続しているため、吸気行程で燃焼空間に燃料を直接噴射する場合は燃料噴射開始時期を吸気上死点よりも遅角させて設定する必要がある。一方で、吸気開始直後からの強い空気流動は燃料の蒸発促進と混合気の均質化促進効果をもたらすため、燃料噴射開始時期は、できる限り吸気上死点近傍に設定するほうが良い。そこで、図２に示すように、排気期間終了直後付近を開始とする主噴射の燃料噴射用制御パルス発生期間を設定する。
【００３１】
一方、吸気期間以外の吸気流路は吸気弁により燃焼空間とは仕切られているため、吸気流路へ主噴射の燃料噴射用制御パルス発生期間を設定する。
【００３２】
どちらの燃料噴射形態においても従来はこの主噴射の燃料噴射用制御パルス発生期間のみの設定で、現在の内燃機関の運転状態において最良の燃焼特性が得られる燃料噴射量を得る。
【００３３】
次に、主噴射の燃料噴射用制御パルス発生期間を空気と燃料の混合比率である空燃比に関する情報に基づいて設定する方法を図４のフローチャートに基づいて説明する。
【００３４】
図４に示すように、エンジンコントローラ１０は、まず、内燃機関の燃焼運転開始と同時にこの制御を開始し、ステップ１００において、軸回転数と燃料供給量などの関係基づいて予め設定した空燃比制御目標値データを記憶した空燃比制御目標値データテーブルから、現在の運転状態に適した空燃比制御目標値（以下、ＡＦｔとする。）を抽出する。
【００３５】
次に、ステップ１０１において、排気ガスなどから検出した現在の空燃比（以下、ＡＦ０とする。）が、ステップ１００で抽出されたＡＦｔに対する許容範囲内であるか否かを判定する。許容範囲内であれば、燃料噴射制御には何ら変更処理を行わず、ステップ１００に戻る。一方、許容範囲を外れている場合は、ステップ１０２において、ＡＦ０とＡＦｔとの差分に比例した時間幅相当の燃料噴射期間を計算し、それを主噴射の燃料噴射用制御パルス発生期間に加算する。
【００３６】
このようにして燃料噴射期間に変更を与えた結果として排ガスなどから検出される空燃比に関する情報は時間遅れを伴って得られるため、ステップ１０３において、少なくとも制御応答時間相当の期間の制御を一時的に停止してから、ステップ１００に戻る。この制御は内燃機関で一般的に行われている空燃比フィードバック制御と概ね同じである。
【００３７】
このような基本的な燃焼制御に加えて、本発明では、図２および図３に示すように、点火プラグによる火花放電実行後に副噴射を追加する。
【００３８】
図５は、副噴射における噴霧と燃焼火炎の様子を示す図で、１６は燃焼火炎、１７は噴霧であり、そのほかの構成は、図１と同じであるため、同一符号を付して示し、ここではその説明を省略する。
【００３９】
点火プラグ１５による火花放電を実施すると、燃焼空間５は既に主噴射で噴射された燃料と吸入空気で形成された可燃性混合気で満たされているため、燃焼火炎１６が形成され、燃焼火炎１６は高速で燃焼空間５の全域に伝播する。
【００４０】
この過程で筒内直噴用燃料噴射弁１１の噴口付近などにはこの燃焼火炎１６が接近するため、筒内直噴用燃料噴射弁１１の噴口付近などの温度が上昇する。燃焼火炎１６による直接的な加熱が防止できたとしても高温化した燃焼ガス(図示せず)が筒内直噴用燃料噴射弁１１の噴口付近などの温度を上昇させる。
【００４１】
そこで、燃焼火炎１６や高温化した燃焼ガスが筒内直噴用燃料噴射弁１１の噴口付近などに接近する時期に合わせて筒内直噴用燃料噴射弁１１から副噴射を行うと、噴射した燃料による噴口冷却により噴口やその周辺が冷却されるとともに、噴霧１７に含まれる燃料の蒸発に伴う冷却効果により燃焼火炎１６や燃焼ガスが局所的に冷却され、噴口やその周辺の温度上昇がより効率よく抑制される。なお、本発明においては、筒内直噴用燃料噴射弁１１とエンジンコントローラ１０とが、副噴射を行う副噴射手段を構成している。
【００４２】
次に、副噴射の具体的な制御方法を図６と図７を用いて説明する。図６は副噴射の噴射時期を変更した場合のカーボンデポジット堆積量の変化傾向を、図７は副噴射の噴射期間を変更した場合の未燃炭化水素排出濃度の変化傾向を示した図である。
【００４３】
カーボンデポジット堆積量は副噴射の噴射時期を遅角化することで減少し、点火時期よりもやや遅角した時期で最少となる。この最少となる時期は燃焼火炎が伝播して筒内直噴用燃料噴射弁１１に最も接近すると考えられる時期にほぼ一致する。
【００４４】
一方、副噴射による燃料噴射時期を点火時期よりもやや遅角した時期とした上で副噴射の燃料噴射期間を変化させた場合、噴射期間を長く設定すると排気ガス中の未燃炭化水素濃度が顕著に上昇する。同時に排気ガス中のカーボン濃度も上昇することから、原因は副噴射に伴う可燃性混合気の局所的な空気不足化である。
【００４５】
上記のような傾向から副噴射は極短期間で、燃焼火炎１６の筒内直噴用燃料噴射弁１１への接近時期に合わせて行う必要があることがわかる。
【００４６】
具体的な副噴射による燃料噴射用制御パルス発生期間は、使用する筒内直噴用燃料噴射弁１１で燃料噴射量を制御できる最短時間以上かつ排気ガス中の未燃炭化水素やカーボン濃度が許容できる時間以内の条件を満足するように使用する筒内直噴用燃料噴射弁１１の燃料噴射特性や内燃機関の燃焼特性を考慮して一定とする。もしくは内燃機関の運転状態ごとに予め設定する。
【００４７】
次に、イオン電流出力情報に基づいた副噴射による燃料噴射用制御パルス発生時期の設定方法を説明する。
【００４８】
火花点火の内燃機関において燃焼火炎からイオン電流出力を得る手段として、図８では、点火プラグ１５の中心電極を正極として接地電極を負極とする直流電圧を印加すると共に両極間を流れる微弱電流を検出する検出回路を有したイオン電流検出回路１８を備えており、イオン電流検出回路１８の出力がエンジンコントローラ１０に送られて後述する燃焼初期の火炎状態の抽出処理を実行する。点火プラグ１５の中心電極は、図８に示すように、燃焼空間５に突き出させるように設置されており、微弱電流は、当該中心電極で燃焼空間５の一部分に与えた電位が燃焼火炎内に発生するイオンに作用することにより発生し、燃焼火炎内を流れるものである。なお、図８の構成は、イオン電流検出回路１８が設けられている点以外は、図１と同じであるため、同一符号を付して示し、ここではその説明を省略する。
【００４９】
図９は、火花点火の内燃機関における典型的なイオン電流出力の例である。図９に示すように、イオン電流出力パターンには３つの時期に出力のピークがあらわれる。第１のピークは点火プラグによる火花放電に伴って検知される放電ノイズで、第２のピークは燃焼開始初期の火炎表面に発生するイオンの密度変化に起因したもので、第３のピークは燃焼火炎の成長に伴う既燃ガスの温度上昇により窒素酸化物などが熱電離して発生したイオンの密度変化に起因するものである。
【００５０】
このように、第１のピークは燃焼挙動に直接的に関与しておらず、第３のピークは燃焼火炎が燃焼空間に十分拡大した後、即ち燃焼火炎が燃料噴射弁の噴口近傍に到達した後を示す情報である。よって、第２のピーク付近のイオン電流出力のみが燃焼火炎が燃料噴射弁の噴口近傍に到達する前に得られる燃焼開始初期の火炎の成長に関する情報を含んでいる。
【００５１】
そこで、図１０のフローチャートを用いてイオン電流出力から燃焼開始初期の火炎の状態を検出して副噴射を実行する具体例を説明する。ここで示す制御は気筒ごとに別個で実行することが望ましいが、代表気筒でのみ実行して、残りの気筒では代表気筒との位相差を加えた時期に副噴射を実行する制御に置き換えても良い。
【００５２】
図１０に示すように、当該サイクルの制御が開始され、エンジンコントローラ１０は、ステップ２００で、当該サイクルにおける経過時間が、現在設定されている点火時期に到達したか否かを判定し、到達した時点でステップ２０１に進む。ステップ２０１において、点火プラグによる火花放電を開始し、イオン電流の連続計測を開始する。火花放電中は、図９の第１のピークで示すノイズが検出されるため、イオン電流出力に基づいた燃焼開始時期の検出は行わない。そのため、火花放電の終了を認識する必要があるが、火花放電の継続時間は放電前に放電エネルギーを蓄える点火コイルの容量や蓄電圧や点火電極を含むエネルギー供給電気回路のインピーダンスなど内燃機関の運転状態によらない装置固有の値となるため、点火時期からの無視時間として設定しておくことができる。
【００５３】
次に、ステップ２０２で、火花放電が終了したか否かの判定、即ち、装置固有の無視時間が経過したか否かの判定を行い、当該無視時間が経過したら、ステップ２０３で、連続したＮ回のイオン電流計測値が常に増大しているか否かを判定する。これは図９に示すような第２のピークに向かってイオン電流出力値が連続的に増大する特性を利用して燃焼初期の火炎が成長し始める時期を検出するための処理である。
【００５４】
ステップ２０３の処理では、燃焼開始後のＮ回の計測値から燃焼初期の火炎が成長し始める時期を検出するため、検出した時点では既に火炎成長が進行している。従って、検出した直後から副噴射を開始しても相当のデポジットの堆積を抑制する効果が期待できる。しかしながら、内燃機関の燃焼空間の構成により、イオン電流を検出する電極と燃料噴射弁の噴口との距離が比較的大きい場合は、噴口への火炎到達が遅れるため、これよりも遅角させて副噴射を実施する必要がある。そこで副噴射開始までに噴射遅延時間を設ける。
【００５５】
噴射遅延時間（Ｄ）の設定として、先ず、ステップ２０４で連続するＮ回のイオン電流測定値が常に増大し始めた時期（Ｔｓｔ）と点火時期（Ｔｓａ）との時間差を経過時間（ΔＴ）として算出する演算を実行する。
【００５６】
経過時間  ΔＴ＝Ｔｓｔ−Ｔｓａ
【００５７】
次に、ステップ２０５で、ΔＴを経過時間の基準値（ΔＴ０）で除す演算を実行して、比率（Ｓ）を求める。なお、ΔＴ０はイオン電流値が常に増大し始める時期の点火時期からの経過時間の基準値であり、内燃機関の少なくともひとつの運転条件での値として予め定めておく。
【００５８】
経過時間基準値との比率  Ｓ＝ΔＴ／ΔＴ０
【００５９】
次に、ステップ２０６で、噴射遅延時間（Ｄ）を、噴射遅延時間の基準値（Ｄ０）に比率（Ｓ）を乗じた値として求める。なお、Ｄ０も、ΔＴ０を定めた場合と同じ条件で燃焼空間の構造などの考慮を加えて予め定めておく。
【００６０】
噴射遅延時間  Ｄ＝Ｄ０×Ｓ
【００６１】
上記のステップ２０４からステップ２０６までは、点火時期からイオン電流値が連続的に増加し始めるまでの経過時間と、イオン電流値が連続的に増加し始めてから燃焼火炎が燃料噴射弁の噴口付近に到達するまでの時間の、内燃機関の軸回転数や負荷や冷却水温度や吸入空気温度や燃料性状などの影響による変化割合がほぼ同じである事実に基づいた比例演算処理である。
【００６２】
このようにして内燃機関の軸回転数や負荷や冷却水温度や吸入空気温度や燃料性状など燃焼特性に影響を与えて燃料噴射弁の噴口付近に燃焼火炎が到達する時期にも影響を与える運転環境情報を直接計測せずに、簡便に算出した副噴射の噴射遅延時間（Ｄ）を、ステップ２０７において、メモリーにセットするとともにタイマーをリセットし、ステップ２０８において、タイマーがメモリーにセットした遅延時間を経過したか否かを判定し、経過したことを認識すると、ステップ２０９でタイマーをリセットすると同時に副噴射を開始する。
【００６３】
こうして副噴射を継続しながら、ステップ２１０で、タイマーがメモリーにセットした噴射期間を経過したことを認識すると、ステップ２１１で副噴射を終了して、次のサイクルの制御に移行する。
【００６４】
このようにイオン電流出力から検出した燃焼初期の火炎の状態に関する情報に基づいて燃焼火炎が燃料噴射弁の噴口に到達する直前の副噴射が可能となり、その結果、噴口近傍の温度上昇が抑えられるためデポジットの堆積を防止できる。
【００６５】
以上のように、本発明は、気筒ごとに燃焼空間に燃料を直接噴射する直噴用燃料噴射弁を有する内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、少なくとも一部の運転状態では気筒ごとに吸気行程または圧縮行程で燃料を噴射する主噴射とは別に、主噴射よりも遅れて燃料を噴射する副噴射を行う副噴射手段と、燃焼空間に突き出させた電極で燃焼空間の一部分に与えた電位が燃焼火炎内に発生するイオンに作用することにより燃焼火炎内を流れる微弱電流を検知するイオン電流検出回路１８とを備え、副噴射手段による副噴射の開始時期をイオン電流検出回路１８から得られるイオン電流発生パターンに基づいて設定するようにしたので、簡素な燃焼状態の検出手段で実際の燃焼初期の火炎の状態を正確に検知したうえで副噴射が実行できるため、極少量の噴射でも噴口周辺に対する冷却効果が十分得られ、未燃物の排出増加を抑えつつ筒内直噴用の燃料噴射弁の噴口周辺へのカーボンデポジットの堆積を防止することができる。
【００６６】
また、本発明は、気筒ごとに燃焼空間に燃料を直接噴射する直噴用燃料噴射弁と吸気流路に燃料を噴射する吸気流路用燃料噴射弁とを有する内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、少なくとも一部の運転状態では気筒ごとに排気行程または吸気行程で吸気流路用燃料噴射弁から燃料を噴射する主噴射とは別に、主噴射よりも遅れて燃料を噴射する副噴射を行う副噴射手段と、燃焼空間に突き出させた電極で燃焼空間の一部分に与えた電位が燃焼火炎内に発生するイオンに作用することにより燃焼火炎内を流れる微弱電流を検知するイオン電流検出回路１８とを備え、副噴射手段による副噴射の開始時期をイオン電流検出回路１８から得られるイオン電流発生パターンに基づいて設定するようにしたので、吸気流路に燃料噴射を行う内燃機関においても、簡素な燃焼状態の検出手段で実際の燃焼初期の火炎の状態を正確に検知したうえで副噴射が実行できるため、極少量の噴射でも噴口周辺に対する冷却効果が十分得られ、主に吸気流路に燃料噴射を行う内燃機関においても、未燃物の排出増加を抑えつつ筒内直噴用の燃料噴射弁の噴口周辺へのカーボンデポジットの堆積を防止することができる。
【００６７】
さらに、本発明に係る内燃機関の燃焼制御によれば、副噴射手段による副噴射の開始時期を、イオン電流検出回路１８から得られるイオン電流発生パターンから火花放電期間を除いた点火時期以降で最初に電流値が予め定めた一定時間以上連続して増大したことが検知された時点として設定するようにしたので、計測したイオン電流出力値に対する複雑な演算処理を伴わず燃焼開始初期の火炎の状態を検知できるため、副噴射を遅滞無く的確に開始させることができる。
【００６８】
さらに、本発明に係る内燃機関の燃焼制御によれば、副噴射手段による副噴射の開始時期は、イオン電流検出回路１８から得られるイオン電流発生パターンから火花放電期間を除いた点火時期以降で最初に電流値が予め定めた一定時間連続して増大し始めた時点から予め定めた噴射遅延時間だけ遅れた時点として設定されるようにしたので、燃焼開始初期の火炎の状態を検知してから燃焼火炎が燃料噴射弁の噴口付近に到達するまでの遅れ時間を考慮した副噴射が可能となるため、より的確に副噴射を開始させることができる。
【００６９】
さらに、本発明に係る内燃機関の燃焼制御によれば、噴射遅延時間は、予め定めた基準値に比率を乗じた値であり、当該比率は、イオン電流検出回路１８から得られるイオン電流発生パターンから火花放電期間を除いた点火時期以降で最初に電流値が予め定めた一定時間連続して増大し始めた時点の点火時期からの経過時間を経過時間の基準値として予め定めた経過時間基準値で除した値としたので、軸回転数や負荷や冷却水温度や吸入空気温度や燃料性状など内燃機関の燃焼特性に影響を与える外乱の情報を得ることなく、簡素な手段で燃焼開始初期の火炎の状態を検知してから燃焼火炎が燃料噴射弁の噴口付近に到達するまでの遅れ時間にそれらの影響を包含することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１  内燃機関本体、２  ピストン、３  クランク、４  コネクティングロッド、５  燃焼空間、６  排気弁、７  吸気弁、８  スロットル弁、９  吸気流路、１０  エンジンコントローラ、１１  筒内直噴用燃料噴射弁、１２  燃料流路、１３  吸気流路内噴射用燃料噴射弁、１４  点火コイル、１５  点火プラグ、１６  燃焼火炎、１７  噴霧、１８  イオン電流検出回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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