(57)【要約】【課題】内燃機関の点火前に、そのサイクルでの点火プラグ近傍の空燃比の変化を推定する。【解決手段】この発明の制御装置は、内燃機関の各気筒に点火プラグを有する火花点火式内燃機関に適用される。この内燃機関の制御装置では、点火時期より前の期間に、前記点火プラグへの通電が行われ、これにより点火プラグに電流が流れている期間のうち、容量放電が生じる前の期間の長さが、期間長として検出される。検出された期間長に応じて筒内の空燃比が推定される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の各気筒に点火プラグを有する火花点火式内燃機関を制御する制御装置であって、
燃料噴射から前記点火プラグによる点火までの期間に、前記点火プラグへの通電を行い、これにより前記点火プラグに電流が流れている期間のうち、第１時点から第２時点までの期間の長さを第１期間長として検出する第１検出手段と、
前記第１期間長に応じて、筒内の空燃比を推定する第１推定手段と、を備え、
前記第１時点は、前記点火プラグに電流が流れ始めた時点であり、
前記第２時点は、前記点火プラグに流れる電流の減少量が所定量より大きくなってから、該電流の値が最小値となるまでの期間に含まれる時点である、
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記第２時点は、前記電流の値が、所定電流値より小さくなった時点であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記所定電流値は、ゼロであることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記第２時点は、前記電流の減少量が前記所定量より大きくなった時点であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記第２時点は、前記電流の値が最小値となった時点であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記点火プラグへの通電がされている場合、前記電流の減少量が前記所定量より大きくなってから、該電流の値が最小値となるまでの期間に、前記点火プラグへの電圧印加を停止させる停止手段を、更に備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記停止手段は、前記第２時点において、前記点火プラグへの電圧印加を停止させることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記第１検出手段は、燃料噴射から前記点火プラグによる点火までの期間に、前記点火プラグへの通電を複数回行うことで、前記第１期間長を複数回検出し、
前記第１推定手段は、複数回の前記第１期間長に応じて、空燃比を推定することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
吸気弁開弁から燃料噴射までの期間に、前記点火プラグへの通電を行い、これにより前記点火プラグに電流が流れている期間のうち、第３時点から第４時点までの期間の長さを第２期間長として検出する第２検出手段と、
前記第２期間長に応じて、今回の燃焼サイクルより前の燃焼サイクルにて排出されずに筒内に残留した残留ガスの量を推定する第２推定手段と、を備え、
前記第３時点は、前記点火プラグに電流が流れ始めた時点であり、
前記第４時点は、前記点火プラグに流れる電流の減少量が所定量より大きくなってから、該電流の値が最小値となるまでの期間に含まれる時点である、
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
前記第４時点は、前記電流の値が、所定電流値より小さくなった時点であることを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
前記所定電流値は、ゼロであることを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１２】
前記第４時点は、前記電流の減少量が前記所定量より大きくなった時点であることを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１３】
前記第４時点は、前記電流の値が最小値となった時点であることを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１４】
均質燃焼運転が行われている場合に、前記第２推定手段により推定された前記残留ガス量に応じて、点火時期を制御する手段を、更に備えることを特徴とする請求項９から１３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１５】
均質燃焼運転が行われている場合に、前記第２推定手段により推定された前記残留ガス量に応じて、燃料噴射の回数を制御する手段を、更に備えることを特徴とする請求項９から１４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１６】
成層燃焼運転が行われている場合に、前記第２推定手段により推定された前記残留ガス量に応じて、燃料噴射時期を制御する手段を、更に備えることを特徴とする請求項９から１３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１７】
内燃機関の各気筒に点火プラグを有する火花点火式内燃機関を制御する制御装置であって、
吸気弁開弁から燃料噴射までの期間に、前記点火プラグへの通電を行い、これにより前記点火プラグに電流が流れている期間のうち、第５時点から第６時点までの期間の長さを期間長として検出する検出手段と、
前記期間長に応じて、今回の燃焼サイクルより前の燃焼サイクルにて排出されずに筒内に残留した残留ガスの量を推定する推定手段と、を備え、
前記第５時点は、前記点火プラグに電流が流れ始めた時点であり、
前記第６時点は、前記点火プラグに流れる電流の減少量が所定量より大きくなってから、該電流の値が最小値となるまでの期間に含まれる時点である、
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の制御装置に関する。具体的には、火花点火式内燃機関の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、希薄空燃比域においては、点火時の絶縁破壊電圧が空燃比に応じて変化することが開示されている。これを利用して、特許文献１のシステムは、点火時の筒内圧と絶縁破壊電圧とを検出し、これらに応じて空燃比を求める制御を行う。特許文献１のシステムにおいて算出された空燃比は空燃比フィードバック補正に利用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６０―１９８３４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内燃機関がリーン限界付近の空燃比で制御されるような場合、燃焼室内の燃料密度が小さくなる。このため、燃料分布や残留ガス量のサイクル間の変動による点火プラグ近傍での空燃比の変動が燃焼に与える影響が大きくなる。このため、リーン限界付近での燃焼の安定化を図り、リーン限界を拡大するためには、点火直前の点火プラグ近傍での筒内の空燃比の変動を把握できることが望しい。
【０００５】
この点、上記特許文献１の技術では、あるサイクルでの点火時の絶縁破壊電圧に基づいて空燃比が検出される。しかしながら、あるサイクルの点火前の段階でそのサイクルにおける筒内の空燃比を把握することはできない。つまり、特許文献１の手法によりあるサイクルで検出された空燃比を、同じサイクルでの制御に直接利用することはできない。この点、リーン限界を拡大し、リーン限界付近での燃焼の安定化を図るためには、内燃機関の点火前に、そのサイクルでの点火プラグ近傍における空燃比の変化に影響する筒内ガスの変動を検知できるシステムの開発が望まれる。
【０００６】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の点火前に、そのサイクルでの点火プラグ近傍の空燃比の変化を推定できるよう改良した内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の各気筒に点火プラグを有する火花点火式内燃機関を制御する制御装置であって、
燃料噴射から前記点火プラグによる点火までの期間に、前記点火プラグへの通電を行い、これにより前記点火プラグに電流が流れている期間のうち、第１時点から第２時点までの期間の長さを第１期間長として検出する第１検出手段と、
前記第１期間長に応じて、筒内の空燃比を推定する第１推定手段と、を備え、
前記第１時点は、前記点火プラグに電流が流れ始めた時点であり、
前記第２時点は、前記点火プラグに流れる電流の減少量が所定量より大きくなってから、該電流の値が最小値となるまでの期間に含まれる時点であるものである。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、前記第２時点を、前記電流の値が、所定電流値より小さくなった時点とするものである。
【０００９】
第３の発明は、第２の発明において、前記所定電流値をゼロとするものである。
【００１０】
第４の発明は、第１の発明において、前記第２時点を、前記電流の減少量が前記所定量より大きくなった時点とするものである。
【００１１】
第５の発明は、第１の発明において、前記第２時点を、前記点火プラグに流れる電流の値が最小値となった時点とするものである。
【００１２】
第６の発明は、第１から第５のいずれかの発明において、前記点火プラグへの通電がされている場合、前記電流の減少量が前記所定量より大きくなってから該電流の値が最小値となるまでの期間に、前記点火プラグへの電圧印加を停止させる停止手段を、更に備えるものである。
【００１３】
第７の発明は、第６の発明において、前記停止手段が、前記第２時点において、前記点火プラグへの電圧印加を停止させるものである。
【００１４】
第８の発明は、第１から第７のいずれかの発明において、
前記第１検出手段は、燃料噴射から前記点火プラグによる点火までの期間に、前記点火プラグへの通電を複数回行うことで、前記第１期間長を複数回検出し、
前記第１推定手段は、複数回の前記第１期間長に応じて、空燃比を推定するものである。
【００１５】
第９の発明は、第１から第８のいずれかの発明において、
吸気弁開弁から燃料噴射までの期間に、前記点火プラグへの通電を行い、これにより前記点火プラグに電流が流れている期間のうち、第３時点から第４時点までの期間の長さを第２期間長として検出する第２検出手段と、
前記第２期間長に応じて、今回の燃焼サイクルより前の燃焼サイクルにて排出されずに筒内に残留した残留ガスの量を推定する第２推定手段と、を備え、
前記第３時点は、前記点火プラグに電流が流れ始めた時点であり、
前記第４時点は、前記点火プラグに流れる電流の減少量が所定量より大きくなってから、該電流の値が最小値となるまでの期間に含まれる時点である、ものである。
【００１６】
第１０の発明は、第９の発明において、前記第４時点を、前記電流の値が、所定電流値より小さくなった時点とするものである。
【００１７】
第１１の発明は、第１０の発明において、前記所定電流値をゼロとするものである。
【００１８】
第１２の発明は、第９の発明において、前記第４時点を、前記電流の減少量が前記所定量より大きくなった時点とするものである。
【００１９】
第１３の発明は、第９の発明において、前記第４時点を、前記点火プラグに流れる電流の値が最小値となった時点とするものである。
【００２０】
第１４の発明は、第９から１３のいずれかの発明において、均質燃焼運転が行われている場合に、前記第２推定手段により推定された前記残留ガス量に応じて、点火時期を制御する手段を、更に備えるものである。
【００２１】
第１５の発明は、第９から第１４のいずれかの発明において、均質燃焼運転が行われている場合に、前記第２推定手段により推定された前記残留ガス量に応じて、燃料噴射の回数を制御する手段を、更に備えるものである。
【００２２】
第１６の発明は、第９から第１３のいずれかの発明において、成層燃焼運転が行われている場合に、前記第２推定手段により推定された前記残留ガス量に応じて、燃料噴射時期を制御する手段を、更に備えるものである。
【００２３】
第１７の発明は、内燃機関の各気筒に点火プラグを有する火花点火式内燃機関を制御する制御装置であって、
吸気弁開弁から燃料噴射までの期間に、前記点火プラグへの通電を行い、これにより前記点火プラグに電流が流れている期間のうち、第５時点から第６時点までの期間の長さを期間長として検出する検出手段と、
前記期間長に応じて、今回の燃焼サイクルより前の燃焼サイクルにて排出されずに筒内に残留した残留ガスの量を推定する推定手段と、を備え、
前記第５時点は、前記点火プラグに電流が流れ始めた時点であり、
前記第６時点は、前記点火プラグに流れる電流の減少量が所定量より大きくなってから、該電流の値が最小値となるまでの期間に含まれる時点である、ものである。
【発明の効果】
【００２４】
第１の発明によれば、点火時期より前に筒内の空燃比を推定することができる。これにより、筒内の空燃比の変動に対し、そのサイクルに推定された筒内の空燃比に応じた対策をとることができる。従って、リーン運転領域を拡大すると共に、燃費の改善やＮＯｘの低減などを図ることができる。
【００２５】
第２から第４のいずれかの発明によれば、点火プラグへの通電後容量放電が開始される前までの微小電流が流れる期間の長さを、確実に検出することができる。
【００２６】
第６又は第７の発明によれば、期間長を検出するための点火プラグへの通電後、点火プラグへの電圧印加を停止する処理が行われる。これにより、点火時期より前の点火プラグの通電による燃料への着火を確実に抑えることができる。
【００２７】
第８の発明によれば、点火時期より前の点火プラグへの複数回の通電により検出された複数の期間長に応じて空燃比が推定される。従って、点火プラグ近傍の空燃比が変動している場合にも、その変動を踏まえて、点火時期における空燃比を推定することができる。
【００２８】
第９〜第１７の発明によれば、燃料噴射前に検出された期間長により、前回までの燃焼サイクルにて排出されずに筒内に残った残留ガス量が推定される。これにより、そのサイクルにおいて燃料噴射前に筒内に残っていた残留ガス量に応じた制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態１としてのシステム構成を説明するための概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１の点火プラグに接続されるイグニッションコイルについて説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態１における一次コイルへの通電と、点火プラグに流れる電流の変化について説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態１における点火プラグに流れる電流の変化について説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態１における微小電流が流れる期間長と空燃比との関係を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態１における制御について説明するためのタイミングチャートである。
【図７】本発明の実施の形態１において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態２における制御について説明するためのタイミングチャートである。
【図９】本発明の実施の形態２の他の制御の例における点火時期の空燃比の推定方法について説明するための図である。
【図１０】本発明の実施の形態２の他の制御の例における空燃比の推定と点火時期について説明するための図である。
【図１１】本発明の実施の形態３におけるガソリン濃度の推定方法について説明するための図である。
【図１２】本発明の実施の形態４における制御について説明するためのタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００３１】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すように、本発明の実施の形態１のシステムは、内燃機関２を備えている。この内燃機関２は、ガソリンを燃料とするものであり、例えば車両等の動力源として好ましく使用することができる。また、内燃機関２には理論空燃比よりリーンな空燃比でのリーンバーン運転が可能なエンジンである。図１では、内燃機関２の１つの気筒１０のみを図示しているが、実際には内燃機関２は複数の気筒１０を備えている。内燃機関２の気筒数および気筒配置は特に限定されるものではない。
【００３２】
内燃機関２の各気筒１０には、ピストン１２と、吸気弁１４と排気弁１６と、点火プラグ１８と、燃料噴射弁２０とが設けられている。図示の構成では、燃料噴射弁２０は、筒内に直接燃料を噴射するように設けられているが、吸気ポート内に燃料を噴射する構成であってもよい。内燃機関２の本体には、吸気マニホールドを介して吸気通路２４が接続され、また、排気マニホールドを介して排気通路２６が接続されている。
【００３３】
また、図１のシステムは、内燃機関２のクランク軸の回転角度、すなわちクランク角を検出するクランク角センサ２８、内燃機関２に対する運転者からの負荷指令を検出するためのアクセルポジションセンサ（図示せず）、吸入空気量を検出するエアフローメータ（図示せず）等の各種センサと、制御装置３０（ＥＣＵ(Electronic Control Unit)）とを更に備えている。上述した各種のセンサおよびアクチュエータは電気的に制御装置３０と接続されている。制御装置３０は、各センサにより検出した情報に基づいて各アクチュエータを駆動することにより、内燃機関２の運転を制御する。
【００３４】
図２は、本発明の実施の形態１において、点火プラグ１８に接続されるイグニッションコイル５０について説明するための模式図である。図２のイグニッションコイル５０は、点火プラグ１８に電圧を印加するためのコイルである。イグニッションコイル５０は、鉄心５２と、その鉄心５２に巻かれた一次コイル５４と二次コイル５６とを有している。一次コイル５４は、スイッチ５８を介し電源電圧に接続されている。また、一次コイル５４には、一次コイル５４に流れる電流の断続等を行うためのイグナイタ６０が接続されている。イグナイタ６０は、制御装置３０に電気的に接続されている。二次コイル５６は、一次コイル５４より巻数の多いコイルであり、点火プラグ１８の電極に接続されている。
【００３５】
［実施の形態１の制御］
本実施の形態１において制御装置３０が実行する制御には、点火プラグ１８への通電の制御と、点火プラグ１８に流れる微小電流の検出による気筒内のガス（以下「筒内ガス」）の空燃比の推定の制御とが含まれている。
【００３６】
制御装置３０は、イグニッションコイル５０のイグナイタ６０により、一次コイル５４へ電流が流れる状態（ＯＮ）と遮断された状態（ＯＦＦ）とを切り替えることで、点火プラグ１８への通電を制御する。具体的に、イグナイタ６０により一次コイル５４に通電し電流を流すと、鉄心５２が磁化して磁気エネルギが蓄えられ、その周囲に磁界が生じる。その後、イグナイタ６０のスイッチングにより一次コイル５４への電流を遮断すると、磁界が変化して一次コイル５４に電圧が発生すると共に、相互誘導作用により二次コイル５６側に高電圧が発生する。この高電圧が点火プラグ１８に通電し、点火プラグ１８で放電が生じる。この放電は短時間持続される。
【００３７】
また、上記のように二次コイル５６に高電圧を発生させた後、すぐにイグナイタ６０をＯＮとして一次コイル５４に電流を流すと、二次コイル５６での高電圧発生を停止させることができる。従って、点火プラグ１８への通電後、直ぐに、再び一次コイル５４に電流を流すことで、点火プラグ１８への電圧印加を停止させ、放電を停止することができる。点火プラグ１８への通電後に点火プラグ１８の電圧印加を停止させるために、一次コイル５４に通電する場合、その通電時間はごく短時間でよく、この処理においてはイグナイタ６０はＯＮとされた後、すぐにＯＦＦとされる。なお、以下、実施の形態において、特に区別が必要な場合に、放電を停止させるための一次コイル５４への通電のＯＮ、ＯＦＦの制御を「放電停止処理」とも称することとする。
【００３８】
図３は、本発明の実施の形態１における一次コイル５４への通電と、点火プラグ１８に流れる電流の変化について説明するための図である。図３において横軸は時間、縦軸は電流、又は、一次コイル５４への通電のＯＮ/ＯＦＦ状態を表している。また、図３の（ｂ）は、図３の（ａ）の電流波形を拡大して表した図である。
【００３９】
図３に示されるように、一次コイル５４に所定の通電時間、電流が流された後一次コイル５４への通電が停止されると、点火プラグ１８への通電が開始される。このとき、点火プラグ１８には、拡大図（ｂ）に示されるように、ごく小さな電流（Ａ）が短時間流れた後に、容量放電（Ｂ）が起こって大きな電流が流れ、その後、誘導放電（Ｃ）が起きる。なお、以下の実施の形態において、容量放電前に流れる小さな電流を「微小電流」とも称することとする。
【００４０】
図４は、本発明の実施の形態１における点火プラグ１８に流れる電流の変化について説明するための図である。図４において、横軸は時間、縦軸は電流を表している。また、図４において（ａ）は空燃比が理論空燃比近傍（１４．５）の場合であり、（ｂ）は空燃比が理論空燃比よりリーン側の空燃比（２１）である場合の例を表している。
【００４１】
図４に示されるように、微小電流が流れる期間、即ち、微小電流の発生から容量放電が発生するまでの期間は、空燃比がリーンである場合ほど長くなり、空燃比がリッチである場合ほど短くなる。この微小電流が流れる期間の長さと空燃比との間には一定の相関がある。
【００４２】
図４に示されるように、微小電流が流れた後、容量放電前に、電流値が一度大きく低下する。従って、本実施の形態１においては、微小電流が流れる期間が終了したことを、微小電流が減少を開始したことにより検知する。即ち、微小電流が流れる期間の長さとして、点火プラグ１８への通電開始後から微小電流の値が減少を開始するまでの期間の長さを検出する。この期間の長さを「期間長」とも称することとする。また、本実施の形態において、「微小電流が減少を開始した」こと、即ち、微小電流期間の終了点（第２時点）は、微小電流の微量な増減は無視し、微小電流の減少幅が所定量より大きくなった場合に検知されるものとする。この所定量は、実験やシミュレーション等により求められる実際の容量放電直前の電流の変化率に応じて適宜設定される値である。
【００４３】
図５は、本発明の実施の形態１における期間長と筒内ガスの空燃比との関係を表している。図５において横軸は期間長、縦軸は空燃比を表している。図５に示されるように、期間長は、空燃比がリーン側（大きな値）になるにつれて長くなる。従って、本実施の形態１では、このような相関関係を用いて、検出された期間長に基づいて、筒内の混合気の空燃比を推定する。
【００４４】
図６は、本発明の実施の形態１における制御について説明するためのタイミングチャートである。図６において、横軸はクランク角［CA］を共通して表している。また、図６は、１サイクル中の吸気行程から膨張行程付近のクランク角を表している。なお、図６では、本実施の形態１における制御の概要を明確にするため、点火プラグ１８への通電のための制御が行われる期間と点火プラグ１８に電流が流れている期間とが長く表わされており、横軸のクランク角は一定間隔の目盛りとなっていない。
【００４５】
また、本実施の形態１において内燃機関２の燃焼形態は、成層燃焼と均質燃焼との間で切り替えられる。制御装置３０は内燃機関２の運転状態に応じて、成層燃焼と均質燃焼との切り替えの制御を行う。図６のタイミングチャートにより説明される制御は、リーンバーン領域での運転、かつ均質燃焼運転が実行されている場合に実行される。
【００４６】
期間長の検出のための点火プラグ１８への通電は、燃料噴射後であって、点火時期前のタイミングで行われる。具体的に、図６に示されるように、期間長検出に際しては、まず、所定の第１クランク角ＣＡ１において一次コイル５４に通電して電流を流し、所定の通電時間Ｔ１経過後のクランク角ＣＡ２において一次コイル５４への通電を停止する。
【００４７】
一次コイル５４への通電が停止された第２クランク角ＣＡ２において、点火プラグ１８への通電が開始され、点火プラグ１８に微小電流が流れ始める（第１時点）。極短時間の間に、微小電流は上昇し、減少し始める。微小電流が流れ始める第２クランク角ＣＡ２から、微小電流が減少し始めた第３クランク角ＣＡ３（第２時点）までの期間を、微小電流が流れる期間長Ｘ１（第１期間長）として検出する。
【００４８】
制御装置３０は、検出された期間長Ｘ１に応じて空燃比の算出を行う。算出された空燃比に応じて、燃料を追加して噴射したり、点火時期を変更したりするなど、算出された空燃比は、そのサイクルにおける各種制御に利用される。
【００４９】
また、微小電流が減少を始めた第３クランク角ＣＡ３において、放電停止処理を行う。即ち、第３クランク角ＣＡ３において再び、一次コイル５４への通電をＯＮとする。その後、所定の通電時間Ｔ２経過後の第４クランク角ＣＡ４において一次コイル５４への通電を停止する。この処理により点火プラグ１８への通電は停止する。これにより点火プラグ１８において容量放電は起こらず、点火プラグ１８に流れる電流もゼロに収束する。
【００５０】
その後、この燃焼サイクルにおいて設定された点火時期に応じて設定される第５クランク角ＣＡ５において、一次コイル５４に再び通電する。ここでは所定の点火通電時間Ｔ３の間通電する。第５クランク角ＣＡ５から点火通電時間Ｔ３が経過したクランク角ＣＡ６において、一次コイル５４への通電は遮断する。一次コイル５４への通電を遮断したクランク角ＣＡ６は点火時期に当たり、点火時期ＣＡ６において点火プラグ１８への通電が開始され、燃料への着火が起こる。
【００５１】
なお、期間長Ｘ１は、混合気の温度や筒内圧、吸入空気量や内燃機関２の負荷等による影響をうける。従って、実際の制御では、これらのパラメータによって特定される内燃機関の運転領域ごとに、期間長Ｘ１と混合気の空燃比との具体的な関係を、シミュレーション等によって求める。求められた関係は、運転領域ごとにマップや関係式等として定め、制御装置３０に記憶しておく。内燃機関２の実際の運転時の制御では、制御装置に記憶された関係式やマップ等に従って、運転領域と期間長Ｘ１に応じた空燃比が算出される。
【００５２】
なお、点火のため一次コイル５４への通電をＯＦＦとする点火時期は、別の制御プログラム等に従って適宜設定される。従って、点火のため一次コイル５４への通電を開始する第５クランク角ＣＡ５も、点火時期ＣＡ６と点火通電時間Ｔ３により決定される。放電停止処理のための第３、第４クランク角ＣＡ３、ＣＡ４は、第５クランク角ＣＡ５より前に、放電停止処理が終了するように設定され、かつ、放電停止処理が開始される第３クランク角ＣＡ３は、その後、点火のための一次コイル５４への通電を開始する第５クランク角ＣＡ５までに、期間長Ｘ１、Ｘ２に応じた算出が終わるように設定される。更に、期間長Ｘ１検出のための一次コイル５４への通電ＯＮのタイミングである第１クランク角ＣＡ１についても、これらを考慮して適宜設定される。
【００５３】
［実施の形態１の制御のルーチン］
図７は、本発明の実施の形態１において制御装置３０が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図７のルーチンは、内燃機関２の燃焼サイクルごとに繰り返し実行されるルーチンである。図７のルーチンでは、まず、実行条件が成立するか否かが判別される（Ｓ１０２）。実行条件は、制御装置３０に予め記憶されている。具体的には、例えば、内燃機関２が、リーンバーン領域での運転がされているか、均質燃焼運転中であるか等が挙げられる。ステップＳ１０２において、実行条件の成立が認められない場合、今回の処理はこのまま終了する。
【００５４】
一方、ステップＳ１０２において、所定の実行条件の成立が認められると、次に、現在のクランク角ＣＡが、第１クランク角ＣＡ１となったか否かが判別される（Ｓ１０４）。第１クランク角ＣＡ１は、期間長検出のための電圧を点火プラグ１８に印加するため、一次コイル５４に通電するクランク角であり、予め制御装置３０に記憶されている。ステップＳ１０４において、現在のクランク角ＣＡが第１クランク角ＣＡ１であることが認められない場合、今回の処理はこのまま終了する。
【００５５】
一方、ステップＳ１０４において、現在のクランク角ＣＡが第１クランク角ＣＡ１であることが認められると、次に、ステップＳ１０６において、一次コイル５４への通電がＯＮとされ、通電時間Ｔ１が経過するまで一次コイル５４に電流が流され、その後、一次コイル５４への通電がＯＦＦとされ、一次コイル５４への電流が遮断される。この処理は、制御装置３０からの制御信号により、イグナイタ６０が所定の通電時間Ｔ１の間ＯＮとされることで実行される。一次コイルへ５４への通電が停止することで、二次コイル５６に高電圧が発生し、点火プラグ１８に通電される。
【００５６】
一次コイル５４への通電が停止し、点火プラグ１８に通電されている状態で、ステップＳ１０８において、点火プラグ１８に流れる電流がモニタリングされる。
【００５７】
次に、ステップＳ１１０において、点火プラグ１８の電流が減少し始めたか否かが判別される。ステップＳ１１０において、点火プラグ１８の電流値の減少が認められない場合、ステップＳ１０８に戻り電流値のモニタリングが継続される。
【００５８】
一方、ステップＳ１１０において、点火プラグ１８の電流値の下降開始が認められると、次に、放電停止処理が行われる（Ｓ１１２）。具体的には、一次コイル５４への通電がＯＮとされ、所定時間Ｔ２の間一次コイル５４に電流が流された後、一次コイル５４への通電がＯＦＦとされる。この処理により、点火プラグ１８への電圧印加が停止する。
【００５９】
次に、期間長Ｘ１が検出される（Ｓ１１４）。期間長Ｘ１は、ステップＳ１０６の処理が完了した時点（即ち、点火プラグ１８への通電開始時点）から、ステップＳ１１０において、電流の減少開始が認められた時点までの間の期間の長さであり、制御装置３０に接続されたタイマー等によりカウントされる。
【００６０】
次に、期間長Ｘ１に応じて空燃比が演算される（Ｓ１１６）。具体的には、制御装置３０に記憶されたマップや関係式等に従って、吸入空気量や筒内圧負荷等のパラメータから特定される現在の運転領域と、Ｓ１１４において検出された期間長Ｘ１とに応じて空燃比が算出される。
【００６１】
その後、今回の処理は終了する。算出された空燃比は、今回のサイクルにおける燃料噴射量や点火時期の制御等に利用される。その後、点火時期に応じたタイミングで再び、一次コイル５４への通電のＯＮ/ＯＦＦ制御が行われる。
【００６２】
以上説明したように、本実施の形態１によれば、微小電流が流れる期間長Ｘ１を算出することで、点火時期前に、点火プラグ１８近傍の混合気の空燃比を知ることができる。従って、そのサイクルごとの空燃比の微量な変化を把握して、高精度に空燃比制御を行うことができる。これによりリーン限界付近においても燃焼の安定化を図ると共に、リーン限界を拡大することができる。
【００６３】
なお、本実施の形態１では、イグナイタ６０により一次コイル５４への通電のＯＮ/ＯＦＦを制御することで点火プラグのＯＮ/ＯＦＦを制御する場合について説明した。しかし、本発明はこれに限られるものではない。点火プラグ１８への通電、通電停止は、そのシステムにおいて用いられる点火プラグに適した制御により実行されればよい。これは、他の実施の形態においても同様である。
【００６４】
また、本実施の形態１では、微小電流が流れる期間長Ｘ１を検出するための点火プラグ１８への通電を行った後、放電停止処理のため一次コイル５４に短時間電流を流す場合について説明した。しかし、本発明はこれに限られるものではなく、燃料に着火しない状態であれば、このような放電停止処理を行わないものであってもよい。これは、他の実施の形態においても同様である。また、放電停止処理のための一次コイルへの通電は、微小電流が現象を開始した時点（ＣＡ３）と同時に行われる場合に限られないものとする。この期間は、期間長Ｘ１の検出後、点火プラグに流れる電流の減少量が所定量より大きくなってから、その電流の値が最小値となるまでの期間に含まれる時点で行われればよい。これは、他の実施の形態においても同様である。
【００６５】
また、本実施の形態１では、均質燃焼の場合を想定し、空燃比を検出する場合について説明した。しかし本発明はこれに限られるものではなく、成層燃焼の場合にも同様に、期間長に基づいて空燃比を検出することができる。これは、他の実施の形態においても同様である。
【００６６】
また、本実施の形態１では、一次コイル５４への通電を開始するタイミングを第１クランク角ＣＡ１とする場合について説明した。ここで第１クランク角ＣＡ１は、クランク角として予め設定された固定値であってもよい。また、運転状態等に応じて、適切なタイミングで空燃比が検出されるように、燃焼サイクルごとに適宜設定されるものであってもよい。これは、他の実施の形態においても同様である。
【００６７】
また、本実施の形態１では、期間長Ｘ１の検出時には、所定の通電時間Ｔ１経過したことにより、一次コイル５４への通電を停止する場合について説明した。しかし、一次コイル５４への通電の停止時期の判定手法はこれに限られるものではない。具体的には、たとえば、停止のクランク角も予め設定し、第１クランク角ＣＡ１において通電を開始し、第２クランク角ＣＡ２において通電を停止するようにしてもよい。これは、他の実施の形態においても同様である。
【００６８】
また、本実施の形態１では、微小電流が流れる期間として、点火プラグへの通電を開始した時点（ＣＡ２）から、電流が減少を開始するまでの時点（ＣＡ３）までの期間を検出する場合について説明した。ここで電流が減少を開始するまで、とは、微小電流が流れている間の微量な電流の増減による減少を含まないものとする。従って、本実施の形態では、電流の減少幅が所定量より大きくなったか否かによって、微小電流が減少を開始したことを検知するものとして説明した。
【００６９】
また、本発明において微小電流が流れる期間は、これに限られるものではなく、微小電流が流れる期間と関連する期間の長さを検出するものであればよい。即ち、検出する期間長は、点火プラグへの通電により電流が流れている期間のうち、点火プラグに電流が流れ始めたと認められる時点（第１時点）を起点とし、容量放電前の微小電流の終了と認められる時点（第２時点）を終点とする期間の長さとすることができる。ここで終点（第２時点）は、点火プラグに流れる電流の減少量が所定量より大きくなってから、その電流の値が最小値となるまでの期間に含まれる時点とすることができる。より具体的に、検出する期間長の終点は、例えば、電流の値が、所定電流値より小さくなった時点としてもよい。そして、この所定電流値を、ゼロとしてもよいし、あるいは通電開始時点における電流値又はその近傍の値としてもよい。また、終点を、電流の減少量が所定量より大きくなった時点としてもよい。また、終点を、通電開始から、電流の値が最小値となった時点としてもよい。これは、他の実施の形態においても同様である。
【００７０】
また、本実施の形態１においては、点火プラグ１８への通電により、微小電流が流れ始める方向をプラスとして検出している場合について説明した。しかしながら、本発明には、電流のプラスマイナスの方向が逆転して検出される場合も当然に含まれる。つまり、本発明における微小電流の計測の終点である「第２時点」は、微小電流の向きが逆である場合には、「点火プラグに流れる電流の増加量が所定量より大きくなってから、該電流の値が最大値となるまでの期間に含まれる時点」となり、例えば、第２時点は、電流の値が「所定電流値」より大きくなった場合となる。これは、以下の実施の形態においても同様である。
【００７１】
実施の形態２．
実施の形態２のシステムは図１のシステムと同一の構成を有している。実施の形態２のシステムは、１回の燃焼サイクル中に微小電流が流れる期間長を２回検出し、それぞれに対する空燃比を推定し、２回の空燃比から、空燃比の変化の勾配を求め、これに応じて点火時期を制御する点を除き、実施の形態１のシステムと同一の制御を行う。実施の形態２の制御も、均質燃焼運転時に行われる。
【００７２】
図８は、本発明の実施の形態２における制御について説明するための図である。図８において横軸はクランク角を表している。図８に示されるように、本実施の形態では、２回の期間長Ｘ１、Ｘ２を検出する。つまり、クランク角ＣＡ１ａにおいて一次コイル５４への通電がＯＮとされ、通電時間Ｔ１経過後のタイミングＣＡ２ａにおいて、通電がＯＦＦとされ一次コイル５４への電流が遮断される。これにより、点火プラグ１８への通電が開始され、微小電流が流れ始める。ここで、点火プラグ１８への通電開始（ＣＡ２ａ）から、微小電流が減少を開始するまでの１回目期間長Ｘ１を検出する。
【００７３】
更に、本実施の形態２では、微小電流が減少を始めたクランク角ＣＡ１ｂにおいて、再び、一次コイル５４への通電を開始する。これにより、点火プラグ１８への電圧印加が停止される。その後、通電時間Ｔ１経過後のクランク角ＣＡ２ｂにおいて、一次コイル５４への通電が停止される。このクランク角ＣＡ２ｂで点火プラグ１８への通電が開始され、点火プラグ１８に微小電流が流れ始める。同様に、点火プラグ１８への通電開始（ＣＡ２ｂ）から、微小電流が減少を開始するまでの２回目期間長Ｘ２を検出する。
【００７４】
その後の処理は、実施の形態１と同様である。即ち、微小電流が減少を始めた第３クランク角ＣＡ３において、放電停止処理のため、一次コイル５４への通電が開始され、所定時間Ｔ２経過後の第４クランク角ＣＡ４において、通電が停止される。その後、第５クランク角ＣＡ５から点火時期ＣＡ６までの点火通電時間Ｔ３の間、一次コイル５４に電流が流され、点火時期ＣＡ６において一次コイル５４への電流が遮断されて、点火プラグ１８への通電が行われる。
【００７５】
上記のように、点火時期ＣＡ６より前に１回目期間長Ｘ１と２回目期間長Ｘ２とを検出する。上述したように微小電流が流れる期間は空燃比と相関を有しており、１、２回目期間長Ｘ１、Ｘ２のそれぞれに応じて空燃比を推定することができる。
【００７６】
推定された空燃比に基づき、１回目期間長Ｘ１検出時と２回目期間長Ｘ２検出時との間の、空燃比勾配が推定される。推定された空燃比勾配が大きい場合、燃料が不均質な状態であると予想される。従って、本実施の形態２では、空燃比勾配が大きい場合ほど、点火時期を遅らせる制御を行い、十分に燃料を混合させた状態で燃料への点火を行う。
【００７７】
なお、検出された空燃比勾配と、点火時期遅角量との関係は、予めシミュレーション等により求められる。本実施の形態２においては、検出された１回目期間長Ｘ１と２回目期間長Ｘ２との差異（比又は差等）と、点火時期遅角量との関係を、運転領域ごとに、シミュレーション等により求め、求められた関係をマップ等として定めて制御装置３０に記憶する。内燃機関２の運転時には、１、２回目期間長Ｘ１、Ｘ２が検出されると共に、運転領域に関する各種パラメータが取得される。そしてマップ等に従って、期間長Ｘ１、Ｘ２とパラメータにより特定される運転領域とに応じて、点火時期遅角量が求められ、求められた点火時期遅角量に応じて点火時期が補正される。
【００７８】
以上説明したように、本実施の形態２によれば、１、２回目期間長Ｘ１，Ｘ２を求めることで、燃料の均質性を推定し、これに応じて点火時期を補正することができる。均質燃焼において、筒内の燃料が不均質なサイクルでは、燃料の濃い領域からＮＯｘ等が発生しやすくなる。この点、本実施の形態２によれば、燃料が不均質であることが推定される場合には、点火時期を遅角させることで、燃料が十分に混合された状態で点火させることができる。従って、ＮＯｘを低減することができる。
【００７９】
なお、点火のため一次コイル５４への通電をＯＦＦとする点火時期は、別途定められたプログラムに従って設定される。従って、点火のため一次コイル５４への通電を開始する第５クランク角ＣＡ５も、点火時期ＣＡ６と点火通電時間Ｔ３により決定される。放電停止処理のための第３、第４クランク角ＣＡ３、ＣＡ４は、第５クランク角ＣＡ５より前に、放電停止処理が終了するように設定され、かつ、放電停止処理が開始される第３クランク角ＣＡ３は、その後、点火のための一次コイル５４への通電を開始する第５クランク角ＣＡ５までに、期間長Ｘ１、Ｘ２に応じた算出が終わるように設定される。更に、１、２回目期間長Ｘ１、Ｘ２検出のための一次コイル５４への通電のＯＮ、ＯＦＦのタイミングについても、これらを考慮して適宜設定される。
【００８０】
[実施の形態２のその他の例]
本実施の形態２では、２回計測された期間長Ｘ１、Ｘ２を、燃料の均質性の推定に用いる場合について説明した。しかし、本発明は、これに限られるものではなく、例えば１、２回目期間長Ｘ１、２を、空燃比の検出に利用することもできる。
【００８１】
図９は、本実施の形態２における、１サイクル中の混合気の空燃比の変化を表す図である。図９において、横軸はクランク角、縦軸は空燃比である。図９に示されるように、１回目期間長Ｘ１に基づく空燃比と、２回目期間長Ｘ２に基づく空燃比とから、そのサイクルの点火時期までの空燃比の変化率が推測される。従って、１、２回目期間長Ｘ１、Ｘ２から推定される空燃比と、その変化率とに応じて、点火時期ＣＡ６における点火プラグ１８近傍の空燃比を推定することができる。
【００８２】
推定された空燃比により、例えば、空燃比が低い場合には、点火通電時間Ｔ３を長くする、即ち一次コイル５４への通電を開始するクランク角ＣＡ５を早める等の制御を行うことができる。これにより点火エネルギを増大させることができ、点火性を向上させ燃焼の安定化を図ることができる。
【００８３】
図１０は、本実施の形態２における、１サイクル中の混合気の空燃比の変化を表す図である。図１０において、横軸はクランク角、縦軸は空燃比である。図１０に示されるように、均質燃焼の場合、空燃比は時間とともに空燃比目標値に向けて変化する。そして１回目期間長Ｘ１に基づく空燃比と、２回目期間長Ｘ２に基づく空燃比と、その変化率とが判れば、空燃比が目標値に達する時期を推定することができる。このように空燃比が目標空燃比に達する時期が推定されれば、例えば、点火時期を、空燃比が目標値に達する時期に制御し、又は空燃比が目標値に達する時期に応じて補正する等の制御を行うことができる。
【００８４】
また、本実施の形態２では、１回目期間長Ｘ１検出時に微小電流が減少を開始した時点ＣＡ１ｂにおいて、２回目期間長Ｘ２検出のため、一次コイル５４への電流供給を開始している。このタイミングＣＡ２ｂにおいて一次コイル５４への電流供給を行うことで、一次コイル５４に微小電流検出に必要な磁気エネルギを蓄えると同時に、１回目期間長Ｘ１検出のための点火プラグ１８への通電による放電を停止させることができる。即ち、実施の形態２において、２回目期間長Ｘ２検出のための処理は、放電停止処理を兼ねたものとなっている。しかし、本発明は必ずしもこれに限られるものではない。例えば、１回目期間長Ｘ１検出時に、微小電流の減少が開始した時点で、実施の形態１と同様に、放電停止処理を行うこととしてもよい。あるいは、１、２回目期間長Ｘ１、Ｘ２の検出及び、それに基づく必要な制御パラメータ算出のための演算時間を考慮し、これらの演算がそのサイクルの必要なタイミングに完了するものであれば、２回目の放電停止処理を行わず、２回目の第１コイル５４への通電が、そのまま燃料への点火に用いられるものであってもよい。これは、他の実施の形態においても同様である。
【００８５】
実施の形態３．
実施の形態３のシステムは図１のシステムと同一の構成を有している。実施の形態３のシステムは、成層燃焼が実行されている場合に空燃比を検出する制御を実行する点を除き、実施の形態２の制御と同一の制御を行う。
【００８６】
具体的に、そのサイクルにおける空燃比推定のための１、２回目期間長Ｘ１，Ｘ２の検出は実施の形態２において説明したのと同様に実行される。即ち、クランク角ＣＡ１ａにおいて一次コイル５４に電流を流し、通電時間Ｔ１経過後のクランク角ＣＡ２ａでＯＦＦとされる。この時点から、微小電流が減少を開始するまでの１回目期間長Ｘ１が計測される。微小電流が減少を開始したクランク角ＣＡ１ｂにおいて再び、一次コイル５４に電流を流し、通電時間Ｔ１経過後のクランク角ＣＡ２ｂで一次コイル５４への電流が遮断される。この時点から微小電流が減少を開始するまでの２回目期間長Ｘ２が計測される。その後の放電停止処理や、点火の処理は実施の形態２と同様である。
【００８７】
図１１は、本発明の実施の形態３における空燃比変化と点火時期との関係について説明するための図である。図１１において横軸はクランク角を表し、縦軸はガソリン濃度[φ]を表している。
【００８８】
図１１に示されるように、成層燃焼が実行されている場合、混合気は燃料が濃い層と殆ど空気だけのような薄い層とが存在する。そして筒内の気流により燃料濃度が濃い層が次第に移動する。従って、図１１に示されるように、１回目期間長Ｘ１に基づくガソリン濃度と期間長Ｘ２に基づくガソリン濃度との変化量から、点火プラグ１８近傍のガソリン濃度が、燃料が濃い層のガソリン濃度Ｆ１となる時期が推定される。この時期は、成層燃焼における燃料濃度が濃い層が点火プラグ１８近傍に到達する時期と一致する。従って、ガソリン濃度がＦ１となる時期ＣＡ６ａに点火時期を制御する。
【００８９】
なお、期間長と空燃比とは相関を有しており、期間長とガソリン濃度とは相関を有する。従って、期間長とガソリン濃度との関係はシミュレーション等により求められる。また、ある時点のガソリン濃度とガソリン濃度の変化率がわかれば、その後、ガソリン濃度が特定のガソリン濃度Ｆ１となる時期も予測される。従って、本実施の形態３では、運転領域ごとに期間長Ｘ１、Ｘ２と、点火時期ＣＡ６ａとの関係を予め求め、マップ等として定め、制御装置３０に記憶する。具体的な制御においては、現在の運転領域と、１、２回目期間長Ｘ１、Ｘ２とが検出され、これに応じて、予め記憶されているマップ等に従って、点火時期が算出される。
【００９０】
以上説明したように、実施の形態３によれば成層燃焼において燃料の濃い層の位置を特定することができる。従って、そのサイクルごとに点火時期を最適なタイミングにすることができ、燃焼の安定化を図ることができる。
【００９１】
なお、本実施の形態３では、成層燃焼が実行される場合に、燃料濃度の濃い層の移動を予測し、これに応じて点火時期を設定する場合について説明した。しかし本発明はこれに限られるものではなく、例えば、成層燃焼の場合にも、点火時期の燃料濃度を予測して、この濃度に併せて点火エネルギを補正するなどの制御を行うものなどであってもよい。これは、他の実施の形態についても同様である。
【００９２】
実施の形態４．
本実施の形態４のシステムは、図１のシステムと同一の構成を有している。実施の形態４のシステムは、燃料噴射前にも微小電流が流れる期間長を検出する制御を実行する点を除き、実施の形態１のシステムと同一である。
【００９３】
図１２は、本発明の実施の形態４における制御について説明するための図である。図１２に示されるように、実施の形態４のシステムでは、燃料噴射時期ＣＡ７よりも前に、微小電流が流れる期間長Ｘ３（第２期間長）の検出を行う。即ち、吸気弁開弁後から燃料噴射前までの期間に点火プラグ１８への通電を行い、これにより点火プラグ１８に電流が流れ始めた時点（第３時点、第５時点）から微小電流が減少を開始した時点（第４時点、第６時点）までの期間長Ｘ３を検出する。
【００９４】
ここで、微小電流が流れる期間長Ｘ３は、筒内の空燃比（又はガソリン濃度）と相関を有している。また燃料噴射前の筒内の空燃比は、前回の燃焼サイクルで排出されずに筒内に残った残留ガスの量と相関を有している。従って、燃料噴射前の期間長Ｘ３は、筒内の残留ガス量と相関を有しており、期間長Ｘ３に応じて残留ガス量を検出することができる。
【００９５】
残留ガス量が多いサイクルでは、燃焼が遅くなる。従って、均質燃焼運転においては、点火時期ＣＡ６を進角することで、十分な燃焼によりトルクが確保できるようにする。
【００９６】
期間長Ｘ３と残留ガス量との関係については、予めシミュレーション等により求めることができる。更に、残留ガス量に対する点火時期ＣＡ６の最適な進角量も、予めシミュレーション等により求められる。従って、運転領域ごとの期間長Ｘ３と点火時期ＣＡ６に対する進角量との関係を求めることができる。この関係は、マップ等として定められ、予め制御装置３０に記憶される。実際の制御時には、運転領域と期間長Ｘ３とが取得されることで、マップ等に従って、点火時期ＣＡ６の進角量が求められる。
【００９７】
なお、燃料噴射後の制御は、実施の形態１と同様であり、点火時期前に再び、一次コイル５４への通電が行われて期間長Ｘ１が検出され、更に、放電停止処理が行われる。
【００９８】
期間長Ｘ１の検出は、燃料噴射後に行われるため、微小電流が減少を開始した時点で放電停止処理を行う。しかし、期間長Ｘ３の検出は、燃料噴射前に行われる。従って、着火防止のための放電停止処理は不要であり、放電停止処理は行われない。
【００９９】
なお、本実施の形態４において検出される微小電流が流れる期間は、実施の形態１で説明したのと同様であり、「電流が減少を開始する」ことには、微小電流が流れている間の微量な電流の増減による減少を含まないものとする。従って、微小電流が減少を開始したか否かは、本実施の形態４においても、電流の減少幅が所定量より大きくなったか否かによって、検知するものとすることができる。
【０１００】
以上説明したように、実施の形態４によれば、燃料噴射前に検出された期間長Ｘ３により、そのサイクルにおける残留ガス量を求めることができる。その結果、残留ガス割合の多いサイクルでは、点火時期を進角制御するなどの対応を取ることができる。これにより残留ガス量が多くなり燃焼が遅くなるような場合にも、十分な燃焼を確保することができ、サイクル間での燃焼の変動を低減することができる。
【０１０１】
［実施の形態４の他の例］
本実施の形態４では、残留ガス量が多い場合に点火時期を進角制御する場合について説明した。しかし本発明はこれに限られるものではなく、残留ガスの量に応じて他の制御を行うものであってもよい。具体的に、均質燃焼において残留ガスが少ないサイクルでは、筒内の平均温度が低く燃料の気化特性が悪くなり、壁面の燃料付着が多くなりやすい。従って、残留ガスが少ない場合には、分割して燃料噴射を行うこととし、かつ、残留ガスが少ない場合ほどその燃料噴射の分割回数を増加させる。これにより１回噴射で噴射される燃料量を少なくし、気化特性を改善させることができる。
【０１０２】
このような制御においても、残留ガス量と分割回数との適切な関係は予めシミュレーション等により求められる。上記のように運転領域ごとの期間長Ｘ３と残留ガス量との関係も予め求められる。従って、運転領域ごとに期間長Ｘ３と分割回数との関係が求められる。この関係を、マップ等として定め、予め制御装置３０に記憶しておく。実際の制御に際しては、運転領域と期間長Ｘ３とが検出されると、これに応じて、マップ等に従って、燃料噴射の分割回数が求められる。
【０１０３】
また、本実施の形態４では、期間長Ｘ３に応じて残留ガス量を推定する制御を行う場合について説明した。しかし、本発明はこれに限られるものではなく、期間長Ｘ３に応じて求められる筒内の空燃比（又はガソリン濃度）に基づいて推定される他のパラメータを算出するものであってもよい。これは、他の実施の形態においても同様である。
【０１０４】
また、本発明の実施の形態４では、燃料噴射時期ＣＡ７より前に残留ガス量を推定する制御と、燃料噴射後に筒内の空燃比を推定する制御との両者を行う場合について説明した。しかし本発明はこれに限られるものではなく、例えば、燃料噴射時期ＣＡ７より前に残留ガス量を検出する制御のみを実行するものとしてもよい。これは、実施の形態５においても同様である。
【０１０５】
また、本実施の形態４における残留ガスを推定する制御における微小電流が流れる期間についても、点火プラグ１８への通電開始から、微小電流が減少を開始するまで（即ち微小電流の減少量が所定量より大きくなるまで）に限られるものではない。この残留ガスを推定する制御においても、期間長として、微小電流が流れる期間と関連する期間の長さを検出するものであればよい。従って、検出する期間長は、点火プラグ１８への通電により電流が流れている期間のうち、点火プラグ１８に電流が流れ始めたことが認められる時点（第３、第５時点）を起点とし、容量放電前の微小電流の終了と認められる時点（第４、第６時点）を終点とする期間の長さとすることができる。ここで終点（第４，第６時点）は、点火プラグ１８に流れる電流の減少量が所定量より大きくなってからその電流の値が最小値となるまでの期間に含まれる時点とすることができる。従って、例えば、終点は、電流の値が所定電流値より小さくなった時点としてもよい。そして、この所定電流値を、ゼロとしてもよいし、あるいは、電流が流れ始めた時点における電流値又はその近傍の値としてもよい。また、終点は、電流の減少量が所定量より大きくなった時点としてもよい。また、終点は、電流の値が最小値となった時点としてもよい。これは、他の実施の形態においても同様である。
【０１０６】
また、本実施の形態４においても、点火プラグ１８への通電により、微小電流が流れ始める方向をプラスとして検出している場合について説明した。しかしながら、本発明には、電流のプラスマイナスの方向が逆転して検出される場合も当然に含まれる。つまり、本発明における微小電流の計測の終点である「第４又は第６時点」は、微小電流の向きが逆である場合には、「点火プラグに流れる電流の増加量が所定量より大きくなってから、該電流の値が最大値となるまでの期間に含まれる時点」となり、例えば、第４，第６時点は、電流の値が「所定電流値」より大きくなった場合となる。これは、以下の実施の形態においても同様である。
【０１０７】
実施の形態５．
実施の形態５のシステムは、図１のシステムと同一の構成を有している。実施の形態５のシステムは、成層燃焼運転が行われている場合に、実施の形態４と同様に、燃料噴射時期前に、残留ガス量の推定を行う。
【０１０８】
高温である残留ガスの割合が多くなるサイクルでは、筒内の平均温度が高くなり燃料気化特性が高くなる。従って、成層燃焼が実行されている場合においては、残留ガス量が多くなると燃料が早期に気化して、点火プラグへ１８への燃料到達時期が遅くなる。従って、実施の形態５では、推定された残留ガス量が多いサイクルでは、燃料噴射時期を早める制御を実行する。これにより、残留ガスの割合が多い場合にも、点火時期までに燃料が点火プラグ１８近傍に到達するように制御する。
【０１０９】
この制御においても、残留ガス量と燃料噴射時期（又は、燃料噴射時期に対する補正量）との適切な関係は予めシミュレーション等により求められる。上述したように、運転領域ごとの期間長Ｘ３と残留ガス量との関係も予め求めることができる。従って、運転領域ごとに期間長Ｘ３と燃料噴射時期（又はこれに対する補正量）との関係を求めることができる。この関係を、マップ等として定め、予め制御装置３０に記憶しておく。実際の制御に際しては、運転領域と期間長Ｘ３とが検出されると、これに応じて、マップ等に従って、燃料噴射時期（又はこれに対する補正量）が算出される。
【０１１０】
以上のように、成層燃焼においても、残留ガス量を推定することで、点火プラグ１８近傍の気化特性の変動の影響を予測することができる。これにより、高精度の空燃比制御を実現することができ、リーンバーン運転においても燃焼の安定化を図ることができると共に、リーン限界を拡大させることができる。
【符号の説明】
【０１１１】
２  内燃機関
１０  気筒
１２  ピストン
１４  吸気弁
１６  排気弁
１８  点火プラグ
２０  燃料噴射弁
２４  吸気通路
２６  排気通路
２８  クランク角センサ
３０  制御装置
５０  イグニッションコイル
５２  鉄心
５４  一次コイル
５６  二次コイル
５８  スイッチ
６０  イグナイタ
【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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【図１１】
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【図１２】
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