(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室においてプラズマにより混合気を体積着火させるプラズマ着火運転を制御する内燃機関の制御装置であって、
上記燃焼室へ供給する燃料の種類を検出する燃料種検出手段を備え、
上記プラズマ着火運転中に、上記燃料種検出手段により検出された検出燃料種に応じて、上記燃焼室における混合気の状態、又は、上記プラズマの状態を調節する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１において、
上記プラズマ着火運転中に、上記検出燃料種に応じて、上記燃焼室における混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段を備えている
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項２において、
上記プラズマ着火運転中に、上記内燃機関の運転状態に基づいて上記プラズマの形成に投入するエネルギーを変化させて、混合気の可燃限界の空燃比を上記運転状態において燃料消費率が最大となる値に調節するプラズマ制御手段を備え、
上記空燃比制御手段は、上記プラズマ着火運転中の燃焼室における混合気の空燃比を上記混合気の可燃限界の空燃比に制御する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項４】
請求項１において、
上記プラズマ着火運転中に、上記検出燃料種に応じて、上記プラズマの形成に投入するエネルギーを変化させるプラズマ制御手段を備えている
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項５】
請求項４において、
上記内燃機関では、上記燃焼室において１回の着火期間に所定のデューティー比でパルス状の電磁波を繰り返し放射することにより上記プラズマが生成される一方、
上記プラズマ制御手段は、上記検出燃料種に応じて、上記デューティー比を変化させる
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項６】
請求項１乃至５において、
上記燃料種検出手段は、主成分が同じで含水率が異なる燃料を、種類が異なる燃料として燃料の種類を検出する
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、内燃機関の燃焼室においてプラズマにより混合気を体積着火させるプラズマ着火運転を制御する内燃機関の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関の燃焼室においてプラズマにより混合気を体積着火させる着火技術が知られている。例えば特許文献１には、この種の着火技術を適用した内燃機関が開示されている。【０００３】
具体的に、特許文献１の内燃機関では、スパークプラグの放電ギャップにおいてスパーク放電を生じさせ、その放電ギャップに向けてマイクロ波が放射される。放電ギャップに生成されたプラズマは、マイクロ波パルスからエネルギーの供給を受ける。これにより、プラズマ領域の電子が加速され、プラズマが拡大し、混合気が体積着火される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−３８０２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、燃焼室においてプラズマにより混合気を体積着火させるプラズマ着火運転を行うと、例えばスパーク放電だけにより混合気を点着火させる場合に比べて、混合気の可燃限界の空燃比（以下、「リーンリミット」という。）が大きくなる。着火の際に、スパーク放電に伴い生成される放電プラズマに比べて、強力なプラズマが生成される。【０００６】
本願の発明者は、プラズマ着火運転を行う場合に、リーンリミットの改善度合いが燃料の種類によって異なることを見つけ出した。つまり、混合気を点着火させる場合に対して、プラズマにより混合気を体積着火させる場合にリーンリミットの変化量が、燃料の種類によって異なることを見つけ出した。従来の内燃機関では、複数種類の燃料に対応しておらず、使用する燃料によっては、プラズマ着火運転中の混合気の空燃比が適切な値にならないおそれがある。【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料の種類によらず、プラズマ着火運転を最適に制御可能な内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、内燃機関の燃焼室においてプラズマにより混合気を体積着火させるプラズマ着火運転を制御する内燃機関の制御装置を前提とする。そして、この内燃機関の制御装置は、上記燃焼室へ供給する燃料の種類を検出する燃料種検出手段を備え、上記プラズマ着火運転中に、上記燃料種検出手段により検出された検出燃料種に応じて、上記燃焼室における混合気の状態、又は、上記プラズマの状態を調節する。【０００９】
第１の発明では、燃料室へ供給する燃料の種類が検出され、該検出燃料種に応じて、燃焼室における混合気の状態、又は、上記プラズマの状態が調節される。【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、上記プラズマ着火運転中に、上記検出燃料種に応じて上記燃焼室における混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段を備えている。【００１１】
第２の発明では、プラズマ着火運転中に、検出燃料種に応じて、燃焼室における混合気の空燃比が制御される。燃焼室における混合気の空燃比を制御することにより、燃焼室における混合気の状態が調節される。ところで、プラズマにより混合気を体積着火させる場合は、上述したように、リーンリミットの改善度合いが、燃料の種類により異なる。燃料の種類により、安定的に混合気が着火する空燃比の範囲が異なる。第２の発明では、この知見に基づいて、燃料の種類に応じて、燃焼室における混合気の空燃比が制御される。なお、リーンリミットは、変動率（ＣＯＶ）が所定値（例えば５％）になるときの値である。変動率（ＣＯＶ）は、各サイクルのＩＭＥＰ（図示平均有効圧：Indicate Mean Effective Pressure）の標準偏差を平均のＩＭＥＰで割ったものである。【００１２】
第３の発明は、第２の発明において、上記プラズマ着火運転中に、上記内燃機関の運転状態に基づいて上記プラズマの形成に投入するエネルギーを変化させて、混合気の可燃限界の空燃比を上記運転状態において燃料消費率が最大となる値に調節するプラズマ制御手段を備え、上記空燃比制御手段は、上記プラズマ着火運転中の燃焼室における混合気の空燃比を上記混合気の可燃限界の空燃比に制御する。【００１３】
第３の発明では、プラズマ着火運転中に、内燃機関の運転状態に基づいてプラズマの形成に投入するエネルギーを変化させて、その内燃機関の運転状態において燃料消費率が最大となる値にリーンリミットが調節される。そして、プラズマ着火運転中の燃焼室における混合気の空燃比が、プラズマの形成に投入するエネルギーにより定まるリーンリミットに調節される。プラズマ着火運転中の燃焼室における混合気の空燃比は、内燃機関の運転状態において燃料消費率が最大となる値に調節される。【００１４】
ここで、プラズマによりリーンリミットを拡大できる範囲はある程度限界がある。しかし、その限界に達するまでは、プラズマの形成に投入するエネルギーを多くするほど、リーンリミットは大きくなる。従来は、プラズマ着火運転中に、何を指標にプラズマの形成に投入するエネルギーを制御するのかが考えられていなかった。このため、プラズマによりリーンリミットを大きくしようとして、プラズマの形成に投入するエネルギーが必要以上に多くなりすぎるおそれがあった。そのような場合は、実際の混合気の空燃比をリーンリミットに調節しても、燃料が燃え切る前に膨張により圧力が低下して、未燃の燃料が多くなり、燃料消費率が低下するおそれがある。【００１５】
これに対して、第３の発明では、内燃機関の運転状態において燃料消費率が最大となる値に調節されたリーンリミットに、プラズマ着火運転中の燃焼室における混合気の空燃比が調節される。従って、燃料消費率を最適な値にしつつ、プラズマの形成に投入するエネルギーが必要以上の大きくなることが抑制される。【００１６】
第４の発明は、第１の発明において、上記プラズマ着火運転中に、上記検出燃料種に応じて、上記プラズマの形成に投入するエネルギーを変化させるプラズマ制御手段を備えている。【００１７】
第４の発明では、プラズマ着火運転中に、検出燃料種に応じて、プラズマの形成に投入するエネルギーが変化する。プラズマの形成に投入するエネルギーを変化させることにより、プラズマの状態（例えば、エネルギー密度、プラズマ領域の大きさ）が調節される。ところで、燃料に対する火の着きやすさは、燃料の種類によって異なる。燃料の種類を考慮せずに、プラズマを形成したのでは、適切に混合気が着火されないおそれがある。第４の発明では、燃料が適切に着火されるように、検出燃料種に応じて、プラズマの形成に投入するエネルギーを変化させている。【００１８】
第５の発明は、第４の発明において、上記内燃機関では、上記燃焼室において１回の着火期間に所定のデューティー比でパルス状の電磁波を繰り返し放射することにより上記プラズマが生成される一方、上記プラズマ制御手段は、上記検出燃料種に応じて、上記デューティー比を変化させる。【００１９】
第５の発明では、プラズマ制御手段が、検出燃料種に応じて、繰り返し出力する電磁波パルスのデューティー比を変化させる。その結果、１回の着火期間においてプラズマの形成に投入するエネルギーが変化する。上記デューティー比を大きくするほど、プラズマの形成に投入するエネルギーは大きくなる。【００２０】
第６の発明は、第１乃至第５の何れか１つの発明において、上記燃料種検出手段が、主成分が同じで含水率が異なる燃料を、種類が異なる燃料として燃料の種類を検出する。【００２１】
第６の発明では、燃料種検出手段において、主成分が同じであっても含水率が異なれば、種類が異なる燃料であると取り扱われる。例えば、含水エタノールの場合、燃料種検出手段は、含水率が１０％の含水エタノールと含水率が２０％の含水エタノールとを、別々の種類の燃料として検出する。そして、プラズマ着火運転中に、エタノールの含水率に応じて、燃焼室における混合気の状態、又は、プラズマの状態が調節される。【００２２】
第７の発明は、内燃機関の燃焼室においてプラズマにより混合気を体積着火させるプラズマ着火運転を制御する内燃機関の制御装置を前提とする。そして、この内燃機関の制御装置は、上記プラズマ着火運転中に、上記内燃機関の運転状態に基づいて上記プラズマの形成に投入するエネルギーを変化させて、混合気の可燃限界の空燃比を上記運転状態において燃料消費率が最大となる値に調節するプラズマ制御手段と、上記プラズマの形成に投入するエネルギーにより定まる混合気の可燃限界の空燃比に、上記プラズマ着火運転中の燃焼室における混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段とを備えている。【００２３】
第７の発明では、第３の発明と同様に、内燃機関の運転状態において燃料消費率が最大となる値にリーンリミットが調節されるように、プラズマの形成に投入するエネルギーが制御される。そして、そのリーンリミットに、プラズマ着火運転中の燃焼室における混合気の空燃比が調節される。従って、燃料消費率を最適な値にしつつ、プラズマの形成に投入するエネルギーが必要以上の大きくなることが抑制される。
【発明の効果】
【００２４】
本発明では、燃焼室における混合気の状態の制御、又は、上記プラズマの状態の制御に、燃料室へ供給される燃料の種類が考慮される。従って、燃料の種類によらず、プラズマ着火運転を最適に制御することができる。【００２５】
また、第２の発明では、プラズマにより混合気を体積着火させる場合に、燃料の種類により安定的に混合気が着火する空燃比の範囲が異なるので、検出燃料種に応じて、燃焼室における混合気の空燃比を制御している。従って、燃料の種類によらず、プラズマ着火運転中の混合気の空燃比を最適な値に制御することができる。【００２６】
また、第３、第７の各発明では、燃料消費率を指標にプラズマの生成に投入するエネルギーが制御されるので、燃料消費率を最適な値にしつつ、プラズマの形成に投入するエネルギーが必要以上の大きくなることが抑制される。従って、内燃機関における消費エネルギーを低減することができる。また、実際の空燃比がリーンリミットに制御されるので、窒素酸化物の排出を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、内燃機関の縦断面図である。
【図２】図２は、内燃機関の制御装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【００２９】
本実施形態は、燃焼室１０においてプラズマにより混合気を体積着火させる内燃機関２０の制御装置３０（以下、「制御装置」という。）である。この制御装置３０は本発明の一例である。以下では、制御装置３０について説明する前に、まず内燃機関２０について説明する。
【００３０】
なお、本実施形態では、スパーク放電に伴い生成される放電プラズマ（極細のプラズマ）よりも強力な体積プラズマにより、混合気を体積着火させる。体積プラズマは、放電プラズマに高周波のエネルギーを供給することにより形成される。本実施形態では、スパーク放電に同期して、ギガヘルツ帯のマイクロ波を燃焼室１０へ供給しているが、マイクロ波の代わりに、キロヘルツ帯からメガヘルツ帯の高周波のエネルギーを燃焼室１０へ供給してもよい。また、スパーク放電だけを生成する場合のように瞬間的な高電圧パルスではなく、連続的に高電圧をスパークプラグ１５の放電ギャップへ印加して、体積プラズマを形成してもよい。例えば、スパーク放電に連続して、コンデンサーに蓄積した電気エネルギーをスパークプラグ１５へ供給して、強力な体積プラズマを生成してもよい。コンデンサーは、例えば、点火コイルとスパークプラグ１５との間の伝送線路に接続される。
−内燃機関の構成−
【００３１】
本実施形態の内燃機関２０は、ピストン２３が往復動するレシプロタイプのプラズマ着火エンジンである。この内燃機関２０では、スパークプラグ１５によるスパーク放電にマイクロ波のエネルギーを吸収させることにより、非平衡プラズマが形成される。
【００３２】
本実施形態の内燃機関２０は、図１に示すように、シリンダブロック２１とシリンダヘッド２２とピストン２３とを備えている。シリンダブロック２１には、横断面が円形のシリンダ２４が複数形成されている。なお、シリンダ２４の数は１つであってもよい。
【００３３】
各シリンダ２４内には、ピストン２３が摺動自在に設けられている。ピストン２３は、コンロッド（コネクティングロッド）を介して、クランクシャフトに連結されている（図示省略）。クランクシャフトは、シリンダブロック２１に回転自在に支持されている。各シリンダ２４内においてシリンダ２４の軸方向にピストン２３が往復運動すると、コンロッドがピストン２３の往復運動をクランクシャフトの回転運動に変換する。
【００３４】
シリンダヘッド２２は、ガスケット１８を挟んで、シリンダブロック２１上に載置されている。シリンダヘッド２２は、シリンダ２４及びピストン２３と共に、燃焼室１０を区画している。シリンダヘッド２２には、各シリンダ２４に対して、吸気ポート２５及び排気ポート２６が１つ又は複数形成されている。吸気ポート２５には、該吸気ポート２５を開閉する吸気バルブ２７と、燃料を噴射するインジェクター２９（燃料噴射装置）とが設けられている。一方、排気ポート２６には、該排気ポート２６を開閉する排気バルブ２８が設けられている。
【００３５】
本実施形態では、インジェクター２９のノズル２９ａが吸気ポート２５に露出しており、インジェクター２９から噴射された燃料が吸気ポート２５を流れる空気に供給される。燃焼室１０には、燃料と空気とが混合された混合気が導入される。
【００３６】
シリンダヘッド２２には、各シリンダ２４に対して、スパークプラグ１５が１つ設けられている。スパークプラグ１５は、シリンダヘッド２２に固定されている。スパークプラグ１５の中心導体１５ａは、図２に示すように、高電圧パルスとマイクロ波とを混合するミキサー回路３８を介して、パルス発生器３６及び電磁波発振器３７に電気的に接続されている。スパークプラグ１５には、パルス発生器３６から出力された高電圧パルスと、電磁波発振器３７から出力されたマイクロ波とが供給される。
【００３７】
なお、パルス発生器３６は、自動車用の点火コイルにより構成されている。また、電磁波発振器３７は、マグネトロン（発振周波数２．４５ＧＨｚ）と、該マグネトロンに電力を供給するパルス電源とにより構成されている。点火コイル及びパルス電源は、バッテリー（図示省略）に接続されている。
【００３８】
以上の構成により、高電圧パルスの出力を指示する放電信号が制御装置３０からパルス発生器３６に入力されると、パルス発生器３６からミキサー回路３８へ高電圧パルスが出力される。また、マイクロ波の発振を指示する照射信号が制御装置３０から電磁波発振器３７のパルス電源に入力されると、パルス電源からマグネトロンへ電力が供給され、マグネトロンからミキサー回路３８へマイクロ波が出力される。高電圧パルスとマイクロ波は、ミキサー回路３８で混合されて、スパークプラグ１５に供給される。その結果、燃焼室１０では、スパークプラグ１５の放電電極１５ａと接地電極１５ｂとの間でスパーク放電が生じ、小規模のプラズマが形成される。そして、その小規模のプラズマに、スパークプラグ１５の放電電極１５ａからマイクロ波が照射される。スパークプラグ１５の放電電極１５ａは、マイクロ波用のアンテナとして機能する。小規模のプラズマは、マイクロ波のエネルギーを吸収して拡大する。燃焼室１０の混合気は、拡大したプラズマにより体積着火される。
【００３９】
パルス発生器３６、ミキサー回路３８及びスパークプラグ１５は、燃焼室１０において放電によりプラズマを生成する放電手段を構成している。電磁波発振器３７、ミキサー回路３８及びスパークプラグ１５は、放電手段により生成されたプラズマに電磁波を照射する電磁波照射手段を構成している。ミキサー回路３８及びスパークプラグ１５は、放電手段及び電磁波照射手段を兼ねている。
【００４０】
なお、高電圧パルスの印加箇所とマイクロ波の発振箇所とが別々であってもよい。その場合、スパークプラグ１５の放電電極１５ａとは別にマイクロ波用のアンテナが設けられる。ミキサー回路３８は必要なく、パルス発生器３６と放電電極１５ａとが直接接続され、電磁波発振器３７とマイクロ波用のアンテナとが直接接続される。マイクロ波用のアンテナは、碍子を貫通させることによりスパークプラグ１５と一体化してもよいし、スパークプラグ１５と別体にしてもよい。
−制御装置の構成−
【００４１】
本実施形態の制御装置３０は、例えば、自動車用の電子制御装置（Electronic Control Unit）（いわゆるＥＣＵ）により構成されている。この制御装置３０は、図２に示すように、運転状態検出部３１と燃料種検出部４０とプラズマ制御部３３と空燃比制御部３２とを備えている。
【００４２】
燃料種検出部４０は、燃焼室１０へ供給する燃料の種類を検出する燃料種検出手段を構成している。空燃比制御部３２は、燃料種検出部４０により検出された燃料の種類（以下、「検出燃料種」という。）に応じて、プラズマ着火運転中の燃焼室１０における混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段を構成している。プラズマ制御部３３は、内燃機関２０の運転状態に基づいてプラズマの形成に投入するエネルギー（以下。「プラズマ投入エネルギー」という。）を変化させて、内燃機関２０の運転状態において燃料消費率が最大となる値にリーンリミットを調節するプラズマ制御手段を構成している。
【００４３】
運転状態検出部３１は、現時点における内燃機関２０の運転状態として、内燃機関２０の回転数、内燃機関２０の負荷、アクセル開度、吸入空気の流量、及び燃料噴射量などの複数種類のパラメータの値をそれぞれ検出する検出動作を行う。検出動作では、燃焼室１０に吸入される吸気空気の温度を検出する吸入温度検出器４１の出力信号と、吸気空気の流量を検出する吸入流量検出器４２の出力信号と、アクセルの開度を検出するアクセル開度検出器４３の出力信号と、燃焼室１０の内圧を検出する筒内圧検出器４４と、クランク角度を検出するクランク角検出器４５の出力信号とを用いて、内燃機関２０の回転数、内燃機関２０の負荷、アクセル開度、吸入空気の流量、及び燃料噴射量が検出される。
【００４４】
燃料種検出部４０は、燃焼室１０へ供給する燃料を貯留する燃料タンク（図示省略）に設けられている。燃料種検出部４０は、燃料タンク内の燃料の物理量（光透過率、比誘電率、ＲＭＥ濃度、光屈折率等）を測定することにより、該燃料の種類を検出する。燃料種検出部４０の検出結果は、空燃比制御部３２に入力される。すなわち、燃料タンクに貯留された燃料の種類に関する情報が、空燃比制御部３２に入力される。
【００４５】
なお、例えば自動車の運転パネルに燃料の種類を入力する入力部を設け、燃料検出部が、その入力部の出力信号により燃料の種類を検出するように構成されていてもよい。
【００４６】
プラズマ制御部３３には、内燃機関２０の運転状態に基づいてプラズマ投入エネルギーを決めるためのプラズマ用制御マップが設けられている。プラズマ用制御マップでは、内燃機関２０の運転状態を表すパラメータとして、内燃機関２０の負荷及び回転数（回転速度）が用いられている。プラズマ用制御マップは、この２つのパラメータに対して定まる内燃機関２０の運転状態に対して燃料消費率が最大となる空燃比の値に、リーンリミット（所定の変動率（ＣＯＶ）のときのリーンリミット）が調節されるように、プラズマ投入エネルギーを決定することができる。
【００４７】
なお、プラズマ投入エネルギーを大きくするほど、リーンリミットが大きな値になる。プラズマ用制御マップでは、第１運転状態に比べて第２運転状態の方が、燃料消費率が最大となる空燃比が大きい場合、第１運転状態に比べて第２運転状態の方が、プラズマ投入エネルギーが大きな値になっている。
【００４８】
具体的に、プラズマ用制御マップでは、内燃機関２０の運転状態に基づいて、プラズマ投入エネルギーとして、１回の着火期間におけるマイクロ波の照射に投入されるエネルギー（つまり、１回の着火期間においてマイクロ波を照射するのにマグネトロンに投入されるエネルギー）が決定される。プラズマ用制御マップでは、１回の着火期間においてマイクロ波の照射に投入されるエネルギーを決めるパラメータとして、マイクロ波のパルス幅が決定される。
【００４９】
なお、プラズマ制御部３３に、複数種類の燃料に対応する複数のプラズマ用制御マップを設けてもよい。複数のプラズマ用制御マップは、後述する空燃比用制御マップと同じ燃料の種類に対して設ける。この場合、燃料種検出部４０による検出燃料種は、図２の点線で示すように、プラズマ制御部３３にも入力される。プラズマ制御部３３は、検出燃料種に基づいて、プラズマ着火運転中にプラズマ投入エネルギーを変化させる。従って、リーンリミットが、燃料の種類を考慮しない場合に比べて正確に、内燃機関２０の運転状態において燃料消費率が最大となる値に調節される。
【００５０】
また、空燃比制御部３２には、燃焼室１０における混合気の空燃比を決めるための空燃比用制御マップが設けられている。空燃比用制御マップは、複数種類の燃料（例えば、例えばガソリン、メタン、ドライエタノール、及びウェットエタノールの４種類の燃料）に対してそれぞれ設けられている。各空燃比用制御マップでは、プラズマ投入エネルギーの大きさにより定まるリーンリミット（所定の変動率（ＣＯＶ）のときのリーンリミット）に対して、制御予定の混合気の空燃比の値を決めることができる。具体的には、各空燃比用制御マップでは、プラズマ投入エネルギーの大きさにより定まるリーンリミットになる、インジェクターからの燃料の噴射量が読み取られる。
−制御装置の動作−
【００５１】
内燃機関２０の動作を絡めて制御装置３０の動作を説明する。以下では、１つシリンダ２４に対する制御装置３０の動作について説明する。
【００５２】
プラズマ着火運転では、プラズマ制御部３３が、燃焼サイクル毎に、プラズマ用制御マップから内燃機関２０の運転状態に基づいてマイクロ波のパルス幅を決定する。また、空燃比制御部３２が、燃焼サイクル毎に、実際の混合気の空燃比がマイクロ波のパルス幅により定まるリーンリミットになるように、空燃比制御マップから燃料の噴射量を決定する。
【００５３】
プラズマ着火運転中の内燃機関２０では、ピストン２３が上死点を達する直前に、吸気バルブ２７が開かれて、吸気行程が開始される。プラズマ着火運転では、ピストン２３が上死点を通過した直後に、排気バルブ２８が閉じられて、排気行程が終了する。空燃比制御部３２は、排気行程の終了直後に、インジェクター２９に噴射信号を出力し、該インジェクター２９に燃料を噴射させる。空燃比制御部３２は、噴射信号と共に、空燃比用制御マップから読み取った噴霧量を表す情報をインジェクター２９に出力する。これにより、燃焼室１０における実際の混合気の空燃比が、その混合気をプラズマ（当該燃焼サイクルで形成されるプラズマ）により体積着火させる場合のリーンリミットの値になる。
【００５４】
そして、ピストン２３が下死点を通過した直後に、吸気バルブ２７が閉じられて、吸気行程が終了する。吸気行程が終了すると、燃焼室１０において混合気を圧縮する圧縮行程が開始される。圧縮行程中においては、プラズマ制御部３３がパルス発生器３６に放電信号を出力する。これにより、パルス発生器３６において昇圧された高電圧パルスがミキサー回路３８へ出力される。
【００５５】
他方、プラズマ制御部３３は、電磁波発振器３７のパルス電源に照射信号を出力する。プラズマ制御部３３は、照射信号と共に、マイクロ波のパルス幅を表す情報をパルス電源に出力する。これにより、パルス電源からマグネトロンへ電力が供給され、マグネトロンがミキサー回路３８へマイクロ波を出力する。
【００５６】
ミキサー回路３８では、パルス発生器３６から出力された高電圧パルスと、マグネトロンから出力されたマイクロ波とが混合される。そして、混合された高電圧パルスとマイクロ波とが、スパークプラグ１５の放電電極１５ａに供給される。その結果、スパークプラグ１５の放電電極１５ａと接地電極１５ｂとの間で、高電圧パルスにより火花放電が生じ、小規模のプラズマが形成される。そして、小規模のプラズマに、スパークプラグ１５の放電電極１５ａからマイクロ波が放射される。小規模のプラズマは、マイクロ波のエネルギーを吸収して拡大する。燃焼室１０では、拡大したプラズマにより混合気が体積着火し、混合気の燃焼が開始される。なお、このプラズマにより、混合気のリーンリミットは、燃料消費率が最大となる値に調節される。
【００５７】
混合気の燃焼が開始されると、ピストン２３が、混合気が燃焼するときの膨張力により下死点側へ動かされる。そして、ピストン２３がストロークの中間点を通過して下死点に達する前に、排気バルブ２８が開かれて、排気行程が開始される。排気行程は、吸気行程の開始直後に終了する。
【００５８】
なお、本実施形態では、照射信号が、スパークプラグ１５の電極間において火花放電（スパーク放電）が生じる前に出力され、火花放電が生じる前からマイクロ波が放射される。マイクロ波は、火花放電が生じた後まで継続して放射される。マイクロ波は、極めて短い時間に亘って放射される。１回当たりのマイクロ波の放射時間は、パルス電源からマグネトロンへ出力される電圧パルスのパルス幅により規定される。なお、照射信号の出力開始タイミングは、スパークプラグ１５の電極間において火花放電が生じる前に限定されない。小規模のプラズマが消滅するまでにマイクロ波の放射が開始されれば、放射信号の出力開始タイミングは火花放電が生じた後でもよい。
−実施形態の効果−
【００５９】
本実施形態では、プラズマにより混合気を体積着火させる場合に、燃料の種類により安定的に混合気が着火する空燃比の範囲が異なるので、検出燃料種に応じて、燃焼室１０における混合気の空燃比を制御している。従って、燃料の種類によらず、プラズマ着火運転中の混合気の空燃比を最適な値に制御することができる。
【００６０】
また、本実施形態によれば、燃料消費率を指標にプラズマ投入エネルギーが制御されるので、燃料消費率を最適な値にしつつ、プラズマ投入エネルギーが必要以上の大きくなることが抑制される。従って、内燃機関２０における消費エネルギーを低減することができる。また、実際の空燃比がリーンリミットに制御されるので、窒素酸化物の排出を抑制することができる。
−実施形態の変形例１−
【００６１】
変形例１では、プラズマ着火運転中に、検出燃料種に応じて空燃比が制御されずに、検出燃料種に応じてプラズマ投入エネルギーだけが制御される。プラズマ制御部３３は、火が着きにくい燃料ほどプラズマ投入エネルギーが大きくなるように、プラズマ投入エネルギーを制御する。従って、燃料の種類によらず、混合気を適切に着火させることができる。
《その他の実施形態》
【００６２】
上記実施形態は、以下のように構成してもよい。
【００６３】
上記実施形態において、誘電体バリア放電やコロナ放電により、混合気の体積着火するためのプラズマを形成してもよい。また、プラズマジェットイグナイタにより形成したプラズマにより、混合気を体積着火させてもよい。
【００６４】
また、上記実施形態において、インジェクター２９のノズル２９ａが燃焼室１０に開口するようにしてもよい。その場合は、例えば吸気行程中に、インジェクター２９のノズル２９ａから燃料が燃焼室１０へ噴射される。燃料と空気とが混合された混合気が燃焼室１０で生成される。
【００６５】
また、上記実施形態において、燃料種検出部４０が、含水率が異なる燃料を、異なる燃料の種類と判断してもよい。例えば、燃料種検出部４０は、含水エタノールに含まれる含水率を検出し、含水率がＸ％のエタノールと含水率がＹ％（Ｘ≠Ｙ）のエタノールとを異なる燃料と判断する。空燃比制御部３２は、含水エタノールに対しては、検出した含水率に応じて、燃焼室１０における混合気の空燃比を制御する。なお、空燃比制御部３２は、含水エタノールに対しては、検出した含水率に応じて、プラズマ投入エネルギーを制御してもよい。
【００６６】
また、上記実施形態において、電磁波発振器３７が、１回の着火期間にマイクロ波パルスを所定のデューティー比で繰り返し出力する。その場合、プラズマ制御部３３は、マイクロ波パルスのデューティー比を変化させることにより、プラズマ投入エネルギーを制御してもよい。また、プラズマ制御部３３は、マイクロ波パルスの時間ではなく、マイクロ波パルスの振幅（ピークパワー）を変化させて、プラズマ投入エネルギーを制御してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
以上説明したように、本発明は、内燃機関の燃焼室においてプラズマにより混合気を体積着火させるプラズマ着火運転を制御するについて有用である。
【符号の説明】
【００６８】
10    燃焼室
20    内燃機関
30    内燃機関の制御装置
32    空燃比制御部（空燃比制御手段）
33    プラズマ制御部（プラズマ制御手段）
40    燃焼種検出部（燃料種検出手段）
【図１】
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【図２】
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