(57)【要約】【課題】出力トルクの変動を抑制しつつ、燃料消費の増加及びＮＯｘの増加を抑制すること。【解決手段】この内燃機関１は、燃焼室１ｂ内の混合気に点火する第１及び第２点火プラグ１０ａ、１０ｂを備える。そして、第１及び第２点火プラグ１０ａ、１０ｂが取り付けられている前記燃焼室内の領域での燃焼イオン電流を第１及び第２点火プラグ１０ａ、１０ｂにより検出して、検出した前記燃焼イオン電流の変動率に基づいて、第１及び第２点火プラグ１０ａ、１０ｂでの燃焼状態を判定する。その結果、第１及び第２点火プラグ１０ａ、１０ｂ間での燃焼イオン電流の変動率の差が所定の変動率差分制限値以上であると判断される場合は、燃焼イオン電流の変動率が大きい方の点火プラグの点火時期を進角させて、当該点火プラグが取り付けられている燃焼室１ｂ内の領域の燃焼状態を改善する。【選択図】        図１
2006057562.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内の混合気に点火する複数の点火プラグと、
燃焼イオン電流に基づいて前記燃焼室内の燃焼状態を把握するため、それぞれの前記点火プラグが取り付けられている前記燃焼室内の領域での燃焼イオン電流を検出する燃焼状態検出手段と、
複数の前記点火プラグ間での燃焼イオン電流の検出値の差が所定の差分制限値以上であると判断される場合は、複数の前記点火プラグ間において、燃焼イオン電流の検出値に基づき燃焼状態が悪化していると判定された点火プラグが取り付けられている前記燃焼室内の領域の燃焼状態を改善する燃焼改善手段と、
を含んで構成されることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
燃焼室内の混合気に点火する複数の点火プラグと、
燃焼イオン電流に基づいて前記燃焼室内の燃焼状態を把握するため、それぞれの前記点火プラグが取り付けられている前記燃焼室内の領域での燃焼イオン電流を検出する燃焼状態検出手段と、
ある燃焼室に取り付けられる複数の点火プラグの中で、燃焼イオン電流の検出値が所定の検出値制限値以上となっている点火プラグが存在する場合、当該燃焼室内において燃焼イオン電流の検出値が所定の検出値制限値以上となっている点火プラグが取り付けられている領域の燃焼状態を改善する燃焼改善手段と、
を含んで構成されることを特徴とする内燃機関。
【請求項３】
前記燃焼改善手段は、複数の前記点火プラグ間における点火時期の位相差を、前記燃焼イオン電流の検出値の差が所定の差分制限値以上となる前、又は前記燃焼イオン電流の検出値が所定の検出値制限値以上となる前よりも大きくする機能を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関。
【請求項４】
複数の前記点火プラグの点火時期の位相差を大きくするにあたって、前記燃焼改善手段は、燃焼イオン電流の検出値が他の点火プラグよりも大きい点火プラグの点火時期を進角させる機能を備えることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記燃焼改善手段は、前記内燃機関の燃焼室内における燃料分布割合を変更する機能を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関。
【請求項６】
燃焼イオン電流の検出値が他の点火プラグよりも大きい点火プラグ近傍の燃料分布割合を、他の点火プラグ近傍よりも大きくすることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関。
【請求項７】
前記内燃機関の燃焼室に取り付けられる、すべての点火プラグから検出される燃焼イオン電流の検出値に基づいて、ある燃焼室の燃焼状態が、他の燃焼室と比較して悪化していると判定された場合には、燃焼状態が悪化していると判定された燃焼室に対する燃料供給量を他の燃焼室よりも増加することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項８】
複数の点火プラグを備える内燃機関の運転を制御するものであり、
燃焼イオン電流の検出値に基づいて複数の前記点火プラグでの燃焼状態を判定する燃焼状態判定部と、
複数の前記点火プラグ中、燃焼状態が悪化した点火プラグが存在すると前記燃焼状態判定部が判定した場合、複数の前記点火プラグ間における点火時期の位相差を、燃焼状態が悪化する前よりも大きくする燃焼改善部と、
を含んで構成されることを特徴とする内燃機関の運転制御装置。
【請求項９】
前記燃焼改善部は、燃焼状態が悪化している点火プラグの点火時期を、他の点火プラグよりも進角させることを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の運転制御装置。
【請求項１０】
前記燃焼状態判定部が、前記内燃機関の燃焼室に取り付けられる、すべての点火プラグから検出される燃焼イオン電流の検出値が所定の閾値以上であると判定した場合には、
前記燃焼改善部は、当該燃焼室に対する燃料供給量を他の燃焼室よりも増加させることを特徴とする請求項８又は９に記載の内燃機関の運転制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の点火プラグを有する火花点火式の内燃機関及び内燃機関の運転制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃焼室内の燃焼イオン電流を検出して、内燃機関の燃焼状態を判定し、空燃比を制御する技術が知られている。また、良好な燃焼状態を得るため、複数の点火プラグを用いる、いわゆる多点点火式の内燃機関が実用化されている。燃焼イオン電流によって内燃機関の燃焼状態を判定する技術には、例えば、特許文献１に、点火から燃焼イオン電流が設定値より大である最終時点までの持続時間のばらつき率に基づいてリーン限界を検出し、リーン限界を検出した際には、燃料噴射量を増量する技術が開示されている。また、特許文献２には、燃焼イオン電流に基づいて燃焼変動を検出し、目標の燃焼変動率よりも高い変動率が検出された場合には、燃料噴射量を増量して空燃比をリッチ側へ制御する技術が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特許第３１５４３０４号明細書
【特許文献２】特許第３１９３６２０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１、２に開示された技術では、多点点火式の内燃機関で燃焼状態が悪化した場合、燃料増量によりトルク変動は抑制できるが、単に燃料を増量するのみでは、燃料消費の増加やＮＯｘの増加を招いてしまう。そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、多点点火式の内燃機関において、出力トルクの変動を抑制しつつ、燃料消費の増加及びＮＯｘの増加を抑制できる内燃機関及び内燃機関の運転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】
【０００５】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る内燃機関は、燃焼室内の混合気に点火する複数の点火プラグと、燃焼イオン電流に基づいて前記燃焼室内の燃焼状態を把握するため、それぞれの前記点火プラグが取り付けられている前記燃焼室内の領域での燃焼イオン電流を検出する燃焼状態検出手段と、複数の前記点火プラグ間での燃焼イオン電流の検出値の差が所定の差分制限値以上であると判断される場合は、複数の前記点火プラグ間において、燃焼イオン電流の検出値に基づき燃焼状態が悪化していると判定された点火プラグが取り付けられている前記燃焼室内の領域の燃焼状態を改善する燃焼改善手段と、を含んで構成されることを特徴とする。
【０００６】
この内燃機関は、複数の点火プラグを備え、各点火プラグで検出される燃焼イオン電流の検出値の差に基づいて各点火プラグ位置での燃焼状態を判定し、燃焼状態が悪化している点火プラグが設けられている燃焼室内の領域における燃焼状態を改善する。すなわち、燃焼室全体ではなく燃焼室内の特定の領域、すなわち、燃焼状態の悪化している領域の燃焼状態を改善する。これにより、内燃機関に供給する燃料を増量することなしに、燃焼状態の悪い領域における燃焼状態を安定させることができる。その結果、燃焼状態の悪化に起因するトルク変動を抑制するとともに、燃料消費の増加及びＮＯｘの増加を抑制することができる。
【０００７】
次の本発明に係る内燃機関は、燃焼室内の混合気に点火する複数の点火プラグと、燃焼イオン電流に基づいて前記燃焼室内の燃焼状態を把握するため、それぞれの前記点火プラグが取り付けられている前記燃焼室内の領域での燃焼イオン電流を検出する燃焼状態検出手段と、ある燃焼室に取り付けられる複数の点火プラグの中で、燃焼イオン電流の検出値が所定の検出値制限値以上となっている点火プラグが存在する場合、当該燃焼室内において燃焼イオン電流の検出値が所定の検出値制限値以上となっている点火プラグが取り付けられている領域の燃焼状態を改善する燃焼改善手段と、を含んで構成されることを特徴とする。
【０００８】
この内燃機関は、複数の点火プラグを備え、各点火プラグで検出される燃焼イオン電流の検出値が所定の検出値制限値以上になっている場合、当該点火プラグが取り付けられている燃焼室内の領域における燃焼状態が悪化していると判定し、当該領域における燃焼状態を改善する。すなわち、燃焼室全体ではなく燃焼室内の特定の領域、すなわち、燃焼状態の悪化している領域の燃焼状態を改善する。これにより、内燃機関に供給する燃料を増量することなしに、燃焼状態の悪い領域における燃焼状態を安定させることができる。その結果、燃焼状態の悪化に起因するトルク変動を抑制するとともに、燃料消費の増加及びＮＯｘの増加を抑制することができる。
【０００９】
次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記燃焼改善手段は、複数の前記点火プラグ間における点火時期の位相差を、前記燃焼イオン電流の検出値の差が所定の差分制限値以上となる前、又は前記燃焼イオン電流の検出値が所定の検出値制限値以上となる前よりも大きくする機能を備えることを特徴とする。
【００１０】
次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、複数の前記点火プラグの点火時期の位相差を大きくするにあたって、前記燃焼改善手段は、燃焼イオン電流の検出値が他の点火プラグよりも大きい点火プラグの点火時期を進角させる機能を備えることを特徴とする。
【００１１】
次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、前記燃焼改善手段は、前記燃焼改善手段は、前記内燃機関の燃焼室内における燃料分布割合を変更する機能を備えることを特徴とする。
【００１２】
次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、燃焼イオン電流の検出値が他の点火プラグよりも大きい点火プラグ近傍の燃料分布割合を、他の点火プラグ近傍よりも大きくすることを特徴とする。
【００１３】
次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関の燃焼室に取り付けられる、すべての点火プラグから検出される燃焼イオン電流の検出値に基づいて、ある燃焼室の燃焼状態が、他の燃焼室と比較して悪化していると判定された場合には、燃焼状態が悪化していると判定された燃焼室に対する燃料供給量を他の燃焼室よりも増加することを特徴とする。
【００１４】
次の本発明に係る内燃機関の運転制御装置は、複数の点火プラグを備える内燃機関の運転を制御するものであり、燃焼イオン電流の検出値に基づいて複数の前記点火プラグでの燃焼状態を判定する燃焼状態判定部と、複数の前記点火プラグ中、燃焼状態が悪化した点火プラグが存在すると前記燃焼状態判定部が判定した場合、複数の前記点火プラグ間における点火時期の位相差を、燃焼状態が悪化する前よりも大きくする燃焼改善部と、を含んで構成されることを特徴とする。
【００１５】
この内燃機関の運転制御装置は、燃焼イオン電流の検出値に基づいて各点火プラグ位置での燃焼状態を判定し、燃焼状態が悪化している領域に設けられている点火プラグの点火時期と、燃焼状態が悪化していない領域に設けられている点火プラグの点火時期との位相差を、燃焼状態が悪化する前よりも大きくする。すなわち、燃焼室全体ではなく燃焼室内の特定の領域、すなわち、燃焼状態の悪化している領域の燃焼状態を改善する。これにより、内燃機関に供給する燃料を増量することなしに、燃焼状態の悪い領域における燃焼状態を安定させることができる。その結果、燃焼状態の悪化に起因するトルク変動を抑制するとともに、燃料消費の増加及びＮＯｘの増加を抑制することができる。
【００１６】
次の本発明に係る内燃機関の運転制御装置は、前記内燃機関の運転制御装置において、前記燃焼改善部は、燃焼状態が悪化している点火プラグの点火時期を、他の点火プラグよりも進角させることを特徴とする。
【００１７】
次の本発明に係る内燃機関の運転制御装置は、前記内燃機関の運転制御装置において、前記燃焼状態判定部が、前記内燃機関の燃焼室に取り付けられる、すべての点火プラグから検出される燃焼イオン電流の検出値が所定の閾値以上であると判定した場合には、前記燃焼改善部は、当該燃焼室に対する燃料供給量を他の燃焼室よりも増加させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、この発明に係る内燃機関及び内燃機関の運転制御装置では、多点点火式の内燃機関において、出力トルクの変動を抑制しつつ、燃料消費の増加及びＮＯｘの増加を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を実施するための最良の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。本発明は、多点点火式の内燃機関であれば、レシプロ式、ロータリー式を問わず適用でき、特に希薄燃焼用の内燃機関に対しては好適である。また、本発明は、乗用車やバス、あるいはトラック等の車両に搭載される内燃機関に対して好ましく適用できる。
【実施例１】
【００２０】
実施例１は、複数の点火プラグを備える内燃機関で、それぞれの点火プラグ位置における燃焼イオン電流の検出値（この例では変動率）の差が所定の差分制限値以上となった場合には、燃焼状態が悪化していると判断される点火プラグ位置での燃焼状態を、燃焼改善手段により改善する点に特徴がある。実施例１において、燃焼改善手段は、複数の前記点火プラグ間における点火時期の位相差を、燃焼イオン電流の検出値の差が所定の差分制限値以上となる前、すなわち、ある点火プラグでの燃焼状態が悪化する前よりも大きくする機能を有する点火時期制御手段である。ここで、燃焼状態は、内燃機関に供給した燃料の燃焼時間と、燃焼割合（供給した燃料がどの程度燃焼したか）とで評価できる。より具体的には、燃焼状態がよいと判断されるためには、内燃機関に供給した燃料ができるだけ短時間で、かつ完全燃焼に近い状態が、安定して持続されていることが必要である。
【００２１】
図１は、実施例１に係る内燃機関を示す概略断面図である。図２−１〜図２−６は、実施例１に係る内燃機関の点火プラグの配置を示す平面図である。図３は、実施例１に係る内燃機関を示す全体図である。図１〜３を用いて、実施例１に係る内燃機関について簡単に説明する。なお、実施例１に係る内燃機関１は、直列４気筒の内燃機関であるが、気筒数及び気筒配置はこれに限定されるものではない。
【００２２】
実施例１に係る内燃機関１は、ガソリンを燃料とした内燃機関である。この内燃機関１は、吸気通路の一部である吸気ポート３ｉ内に燃料Ｆを噴射するポート噴射弁４により燃料が供給される。なお、内燃機関１は、気筒１ｓ内の燃焼室１ｂ内へ燃料Ｆを直接噴射する、いわゆる直噴の内燃機関であってもよい。
【００２３】
図２−１に示すように、実施例１に係る内燃機関１は、第１点火プラグ１０ａ及び第２点火プラグ１０ｂを備える。第１点火プラグ１０ａは、燃焼室１ｂの中央部分１ｓｃに配置され、第２点火プラグ１０ｂは燃焼室１ｂのボア端部１ｓｔであって吸気弁５ｉ１の中心と排気弁５ｅ１の中心とを結ぶ線の外側に配置される。そして、第１及び第２点火プラグ１０ａ、１０ｂを用いて燃焼室１ｂ内の混合気に点火することにより、希薄燃焼運転時においても安定して混合気を燃焼させることができる。
【００２４】
第１及び第２点火プラグ１０ａ、１０ｂの配置は、図２−１に示す例に限られず、例えば図２−２に示すように、第１点火プラグ１０ａを燃焼室１ｂの中央部分１ｓｃに配置し、第２点火プラグ１０ｂを燃焼室１ｂのボア端部１ｓｔであって吸気弁５ｉ１の中心と吸気弁５ｉ２の中心とを結ぶ線の外側に配置してもよい。また、第１、第２点火プラグ１０ａ、１０ｂを、それぞれ燃焼室１ｂの中央部分１ｓｃとボア端部１ｓｔとに配置する他、図２−３に示すように、第１、第２点火プラグ１０ａ、１０ｂを、ともに燃焼室１ｂの中央部分１ｓｃに配置してもよい。
【００２５】
また、図２−４に示すように、第１点火プラグ１０ａを燃焼室１ｂのボア端部１ｓｔであって吸気弁５ｉ１と排気弁５ｅ１とを結ぶ線の外側に、第２点火プラグ１０ｂを燃焼室１ｂのボア端部１ｓｔであって吸気弁５ｉ２と排気弁５ｅ２とを結ぶ線の外側に配置してもよい。さらに、点火プラグは２個に限られず、図２−５に示すように、３個以上の点火プラグＳＰを、燃焼室１ｂの中央部分１ｓｃとボア端部１ｓｔとに分けて配置してもよい。また、図２−６に示すように、吸気弁５ｉと排気弁５ｅとがそれぞれ１個ずつの場合に、燃焼室１ｂの中央部分１ｓｃに第１点火プラグ１０ａを、燃焼室１ｂのボア端部１ｓｔに第２点火プラグ１０ｂを配置してもよい。
【００２６】
ポート噴射弁４から噴射された燃料Ｆは、吸気ポート３ｉに導入される空気Ａと混合気を形成し、吸気弁５ｉを通って内燃機関１の燃焼室１ｂ内へ充填される。ピストン７の上昇により圧縮された燃焼室１ｂ内の混合気は、ピストン７が上死点に到達する前に第１、第２点火プラグ１０ａ、１０ｂにより点火されて燃焼する。そして、混合気の燃焼圧力により、ピストン７は往復運動する。この往復運動は、コネクティングロッド９を介してクランク軸８に伝えられ、ここで回転運動に変換されて、内燃機関１の出力として取り出される。燃焼後の混合気は、排気弁５ｅから排気通路である排気ポート３ｅへ排出される。なお、吸気弁５ｉと排気弁５ｅとは、それぞれ吸気カム６ｉと排気カム６ｅとによって開閉される。
【００２７】
図１、図３に示すように、内燃機関１には、クランク軸８の回転角度を検出するクランク角センサ５１が取り付けられている。また、カム位置検出センサ５４により吸気カム６ｉの位置が検出され、この検出信号に基づいて、各気筒１ｓ１〜１ｓ４のピストンがどの位置にあるかが判定される。クランク角センサ５１及びカム位置検出センサ５４からの検出信号により、エンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）２０は、内燃機関１の各気筒１ｓ１〜１ｓ４に対する燃料噴射時期及び点火時期を決定する。また、内燃機関１には、エアフローセンサ５３、アクセル開度センサ５５等の、内燃機関１の運転を制御するために必要な情報を取得するためのセンサ類が取り付けられる。エンジンＥＣＵ２０は、これら各種センサからの信号に基づいて、内燃機関１の運転を制御する。
【００２８】
図４は、実施例１に係る燃焼イオン電流検出装置の一例を示す説明図である。図５−１、図５−２は、燃焼イオン電流の波形の一例を示す説明図である。燃焼イオン電流検出装置４０は、ダイレクトイグニッション１１内に組み込まれており、第１、第２点火プラグ１０ａ、１０ｂを燃焼イオン電流検出センサとして用いることにより、燃焼室１ｂ内の燃焼イオン電流を検出する。実施例１では、第１、第２点火プラグ１０ａ、１０ｂと、燃焼イオン電流検出装置４０とにより燃焼状態検出手段が構成される。なお、第１、第２点火プラグ１０ａ、１０ｂとは別個に、第１、第２点火プラグ１０ａ、１０ｂの近傍へそれぞれ燃焼イオン電流検出計を設け、これにより第１、第２点火プラグ１０ａ、１０ｂでの燃焼状態を判定してもよい。
【００２９】
ダイレクトイグニッション１１は、イグナイター部１２と、イグニッションコイル部１３とで構成される。エンジンＥＣＵ２０は、内燃機関１の運転条件や運転状態から、内燃機関１への点火時期を決定する。ダイレクトイグニッション１１は、エンジンＥＣＵ２０からの点火指令を受けて、点火プラグ１０から火花を発生させて、燃焼室１ｂ内の混合気へ点火する。
【００３０】
燃焼イオン電流検出装置４０は、検出回路４１と、反転回路４２と、Ｖ−Ｉ変換回路４３とで構成される。検出回路４１は、イグニッションコイル部１３を構成する２次コイル１３ｓに接続されている。燃焼室１ｂ内の混合気が燃焼すると、燃焼室１ｂ内には燃焼イオンが発生する。この燃焼イオン電流Ｉは、検出回路４１及び点火プラグ１０の中心電極１０ｃと側方電極１０ｓとの間を流れる。検出回路４１は、この燃焼イオン電流Ｉを検出し、検出された燃焼イオン電流Ｉの電気信号は、反転回路４２、Ｖ−Ｉ変換回路４３を経てエンジンＥＣＵ２０に取り込まれる。図５−１、図５−２は、燃焼イオン電流の波形の一例を示す説明図である。図５−１は、燃焼イオン電流検出装置で検出され、エンジンＥＣＵ２０に取り込まれる前におけるｉ気筒の燃焼イオン電流の波形の一例を示している。なお、ｉは気筒番号である。
【００３１】
図５−１に示すように、エンジンＥＣＵ２０がイグナイター部１２に点火信号を与えると、この点火信号に応じて第１、第２点火プラグ１０ａ、１０ｂの中心電極１０ｃと側方電極１０ｓとの間に火花が発生する。そして、この火花が燃焼室１ｂ内の混合気に着火し、これを燃焼させる。混合気の燃焼により、燃焼室１ｂ内に発生する実際の燃焼イオン電流は、図５−１の破線で示すようになる。しかし、イグニッションコイルを用いる点火装置においては、浮遊容量Ｃｆ（図４参照）とイグニッションコイル部１３とによるＬＣ共振ノイズが発生する。このＬＣ共振ノイズの影響により、燃焼イオン電流検出装置４０で検出される燃焼イオン電流Ｉ（ｉ）＿ａ（又はｂ）は、図５−１の実線で示すようになる。そして、燃焼イオン電流Ｉ（ｉ）＿ａ（又はｂ）の最大値が、Ｉ（ｉ）ｍａｘ＿ａ（又はｂ）となる。
【００３２】
図５−２は、複数回の燃焼での各燃焼イオン電流を重ね合わせた一例を示している。内燃機関１が備えるｉ気筒内における燃焼状態に変化がなければ、燃焼イオン電流は、各サイクルで略一定となる。各サイクル間におけるｉ気筒内での燃焼状態が安定しない場合、図５−２に示すように、燃焼イオン電流の変化はばらつくことになる。燃焼イオン電流の変化がばらつくということは、燃料の燃焼状態がばらついているということであり、一定の燃焼状態が安定して持続されていないことを意味する。燃焼状態のばらつき（燃焼変動）、すなわち燃焼イオン電流のばらつきが検出され、そのばらつきが許容値を超えている場合、ｉ気筒では許容できない燃焼変動が発生していると判断できる。燃焼状態がよいと判断されるためには、内燃機関に供給した燃料ができるだけ短時間で、かつ完全燃焼に近い状態が、安定して持続されていることが必要であるが、許容できない燃焼変動が発生している場合、この状態が実現できていないことを意味する。このため、燃焼変動によって、燃焼状態を判定することができる。
【００３３】
次に、実施例１に係る内燃機関の運転制御装置について説明する。図６は、実施例１に係る内燃機関の運転制御装置を示す説明図である。この実施例に係る運転制御は、この実施例に係る内燃機関の運転制御装置３０によって実現できる。図６に示すように、内燃機関の運転制御装置３０は、エンジンＥＣＵ２０に組み込まれて構成されている。エンジンＥＣＵ２０は、ＣＰＵ２０ｐと、記憶部２０ｍと、入力及び出力ポート２５、２６と、入力及び出力インターフェイス２７、２８とから構成される。
【００３４】
なお、エンジンＥＣＵ２０とは別個に、この実施例に係る内燃機関の運転制御装置３０を用意し、これをエンジンＥＣＵ２０に接続してもよい。そして、この実施例に係る内燃機関の運転制御方法を実現するにあたっては、エンジンＥＣＵ２０が備える内燃機関１の制御機能を、前記内燃機関の運転制御装置３０が利用できるように構成してもよい。
【００３５】
内燃機関の運転制御装置３０は、燃焼状態判定部３１と、燃焼改善部３２とを含んで構成される。これらが、この実施例に係る内燃機関の運転制御方法を実行する部分となる。この実施例において、内燃機関の運転制御装置３０は、エンジンＥＣＵ２０を構成するＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算装置）２０ｐの一部として構成される。この他に、ＣＰＵ２０ｐには、内燃機関１の運転を制御する制御部２３が含まれている。
【００３６】
ＣＰＵ２０ｐと、記憶部２０ｍとは、バス２４１〜２４３、入力ポート２５及び出力ポート２６に接続される。これにより、内燃機関の運転制御装置３０を構成する燃焼状態判定部３１と燃焼改善部３２とは、相互に制御データをやり取りしたり、一方に命令を発したりできるように構成される。また、内燃機関の運転制御装置３０は、エンジンＥＣＵ２０が有する内燃機関１の負荷や機関回転数その他の内燃機関の運転制御データを取得したり、内燃機関の運転制御装置３０の制御をエンジンＥＣＵ２０の内燃機関の運転制御ルーチンに割り込ませたりすることができる。
【００３７】
入力ポート２５には、入力インターフェイス２７が接続されている。入力インターフェイス２７には、クランク角センサ５１、回転数センサ５２、エアフローセンサ５３、カム位置検出センサ５４、アクセル開度センサ５５、燃焼イオン電流検出装置４０その他の、内燃機関１の運転制御に必要な情報を取得するセンサ類が接続されている。これらのセンサ類から出力される信号は、入力インターフェイス２７内のＡ／Ｄコンバータ２７ａやディジタル入力バッファ２７ｄにより、ＣＰＵ２０ｐが利用できる信号に変換されて入力ポート２５へ送られる。これにより、ＣＰＵ２０ｐは、運転制御や内燃機関１の運転制御に必要な情報を取得することができる。
【００３８】
出力ポート２６には、出力インターフェイス２８が接続されている。出力インターフェイス２８には、ポート噴射弁４やダイレクトイグニッション１１その他の、内燃機関１の運転制御に必要な制御対象が接続されている。出力インターフェイス２８は、制御回路２８１、２８２等を備えており、ＣＰＵ２０ｐで演算された制御信号に基づき、前記制御対象を動作させる。このような構成により、エンジンＥＣＵ２０のＣＰＵ２０ｐは、前記センサ類からの出力信号に基づいて、内燃機関１の点火時期や燃料噴射時期、あるいは燃料噴射量等を制御して、内燃機関１の運転を制御する。
【００３９】
記憶部２０ｍには、この実施例に係る内燃機関の運転制御に用いるコンピュータプログラムや制御マップ、あるいは内燃機関の運転制御に用いる燃料噴射量のデータマップ等が格納されている。ここで、記憶部２０ｍは、ＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性のメモリ、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。
【００４０】
上記コンピュータプログラムは、ＣＰＵ２０ｐへすでに記録されているコンピュータプログラムと組み合わせによって、この実施例に係る運転制御の処理手順を実現できるものであってもよい。また、この内燃機関の運転制御装置３０は、前記コンピュータプログラムの代わりに専用のハードウェアを用いて、燃焼状態判定部３１、燃焼改善部３２の機能を実現するものであってもよい。次に、この実施例に係る運転制御及び内燃機関の運転制御装置等の動作について説明する。この説明においては、適宜図１〜図６を参照されたい。
【００４１】
図７は、実施例１に係る内燃機関の運転制御を示すフローチャートである。実施例１に係る内燃機関の運転制御を実行するにあたり、内燃機関の運転制御装置３０が備える燃焼状態判定部３１は、各気筒１ｓ１〜１ｓ４が備える第１及び第２点火プラグ１０ａ、１０ｂから、燃焼イオン電流Ｉ（ｉ）の最大値（以下最大燃焼イオン電流値）Ｉｍａｘ（ｉ）＿ａ、Ｉｍａｘ（ｉ）＿ｂを取得する（ステップＳ１０１）。ここで、ｉは気筒番号を表す。
【００４２】
燃焼状態判定部３１が最大燃焼イオン電流値Ｉｍａｘ（ｉ）＿ａ（又はｂ）を取得するにあたっては、図５−１に示すように、第１及び第２点火プラグ１０ａ、１０ｂの点火時期Ｔｆから所定の遅れ時間Ｔｄが経過した後にゲート区間Ｔｇを設ける。そして、燃焼状態判定部３１は、このゲート区間Ｔｇ内で第１及び第２点火プラグ１０ａ、１０ｂから燃焼イオン電流Ｉ（ｉ）＿ａ（又はｂ）を所定のサンプリング周期で取得する。最大燃焼イオン電流値Ｉｍａｘ（ｉ）＿ａ（又はｂ）は、前記ゲート区間Ｔｇにおいて取得した燃焼イオン電流Ｉ（ｉ）＿ａ（又はｂ）の最大値である。なお、遅れ時間Ｔｄは、ＬＣ共振ノイズが終了して、燃焼状態判定部３１が燃焼イオン電流Ｉの変化を検知できるようになるまでの時間を確保する。
【００４３】
最大燃焼イオン電流値Ｉｍａｘ（ｉ）＿ａ（又はｂ）は、内燃機関１が備える各気筒１ｓ１〜１ｓ４の各サイクル毎に取得される。図５−２に示すように、内燃機関１が備えるｉ気筒の燃焼室内における燃焼変動は、燃焼イオン電流の変動率と極めて相関が高いため、燃焼イオン電流の変動率で表すことができる。このため、規定のサイクル数ｊ分、最大燃焼イオン電流値Ｉｍａｘ（ｉ）＿ａ（又はｂ）を取得したら、燃焼状態判定部３１は、それぞれの気筒１ｓ１〜１ｓ４が備える第１及び第２点火プラグ１０ａ、１０ｂの燃焼イオン電流の変動率Ｉｃｏｖ＿ａ（又はｂ）を計算する（ステップＳ１０２）。実施例１では、燃焼イオン電流の変動率（以下変動率という）Ｉｃｏｖ＿ａ（又はｂ）を、最大燃焼イオン電流値Ｉｍａｘ（ｉ）＿ａ（又はｂ）の変動率で表す。ここで、変動率Ｉｃｏｖ＿ａ（又はｂ）は、式（１）で表される。
Ｉｃｏｖ（ｉ）＿ａ（又はｂ）＝σ（ｉ）＿ａ（又はｂ）／Ｉａｖ（ｉ）＿ａ（又はｂ）・・・（１）
ここで、Ｉａｖ＿ａ（又はｂ）は、規定のサイクル数ｊでのｉ気筒における最大燃焼イオン電流値Ｉｍａｘ（ｉ）＿ａ（又はｂ）の平均値（Σ｛Ｉｍａｘ（ｉ）＿ａ（又はｂ）；（１〜ｊ）｝／ｊ）である。また、σ（ｉ）＿ａ（又はｂ）は、規定のサイクル数ｊでのｉ気筒における最大燃焼イオン電流値Ｉｍａｘ（ｉ）＿ａ（又はｂ）の標準偏差である。
【００４４】
次に、燃焼状態判定部３１は、第１点火プラグ１０ａの変動率Ｉｃｏｖ（ｉ）＿ａと第２点火プラグ１０ｂの変動率Ｉｃｏｖ（ｉ）＿ｂとの差と、所定の変動率差分制限値（差分制限値に該当する）Ｉｃｏｖ＿ｌとを比較する（ステップＳ１０３）。実施例１では、この比較において、両者の差Ｉｃｏｖ（ｉ）＿ｂ−Ｉｃｏｖ（ｉ）＿ａが、所定の変動率差分制限値Ｉｃｏｖ＿ｌ以上であるか否かを判定する。なお、所定の変動率差分制限値Ｉｃｏｖ＿ｌは、実験やコンピュータシミュレーションにより、予め求めておく。Ｉｃｏｖ（ｉ）＿ｂ−Ｉｃｏｖ（ｉ）＿ａ＜Ｉｃｏｖ＿ｌである場合（ステップＳ１０３；Ｎｏ）、ｉ気筒では、第１点火プラグ１０ａ側、及び第２点火プラグ１０ｂ側のいずれも燃焼は悪化していないと判定する。この場合、ＳＴＡＲＴに戻り、内燃機関１の運転の監視を継続する。
【００４５】
｜Ｉｃｏｖ（ｉ）＿ａ−Ｉｃｏｖ（ｉ）＿ｂ｜≧Ｉｃｏｖ＿ｌである場合（ステップＳ１０３；Ｙｅｓ）、ｉ気筒では、第２点火プラグ１０ｂが設けられている領域で、第１点火プラグ１０ａが設けられている領域よりも燃焼状態が悪くなっていると判定する。実施例１では、第１点火プラグ１０ａが気筒１ｓ内の燃焼室１ｂの中央部分に、第２点火プラグ１０ｂが気筒１ｓのボア端部に配置されているので、燃焼室１ｂの中央部分１ｓｃよりもボア端部１ｓｔの方が中央部分１ｓｃよりも燃焼状態が悪くなっていると考えられる。
【００４６】
この場合、燃焼改善手段として機能する燃焼改善部３２は、燃焼状態の悪い、第２点火プラグ１０ｂが設けられている燃焼室１ｂ内の領域の燃焼状態を改善するように制御する（ステップＳ１０４）。実施例１では、第２点火プラグ１０ｂの点火時期と、第１点火プラグ１０ａの点火時期との位相差ΔＣＡを、燃焼イオン電流の変動率の差が所定の変動率差分制限値以上となる前、すなわち、第２点火プラグでの燃焼状態が悪化する前よりも大きくするように、両点火プラグの点火時期を変更する。より具体的には、燃焼状態の悪い、すなわち変動率の大きい第２点火プラグ１０ｂの点火時期を、第２点火プラグでの燃焼状態が悪化する前よりも進角（点火上死点よりも吸気下死点側に移行）させる。これにより、燃焼状態の悪い第２点火プラグ１０ｂ側の燃焼状態を安定させることができる。なお、多気筒内燃機関の場合、燃焼改善制御は、燃焼状態が悪化している点火プラグを備える気筒のみならず、すべての気筒に対して実行してもよい。このように、実施例１では、燃焼状態を変動率で評価したが、各点火プラグの燃焼イオン電流の最大値そのものを用いて評価してもよいし、点火後、ある特定時期において取得した燃焼イオン電流を用いて評価してもよい。このように、燃焼イオン電流の検出値に基づいて、各気筒に備えられる点火プラグでの燃焼状態を判定すればよい。
【００４７】
なお、実施例１では、第１点火プラグ１０ａの変動率Ｉｃｏｖ（ｉ）＿ａと、第２点火プラグ１０ｂの変動率Ｉｃｏｖ（ｉ）＿ｂとの差で、燃焼状態の悪い領域を判定した。ここで、第１点火プラグ１０ａの変動率Ｉｃｏｖ（ｉ）＿ａ、又は第２点火プラグ１０ｂの変動率Ｉｃｏｖ（ｉ）＿ｂが、実験等により予め定めた変動率制限値（検出値制限値に該当する）Ｉｃｏｖ＿ｌｉｍ以上である場合に、その点火プラグが取り付けられている領域は燃焼状態が悪くなっていると判定してもよい。そして、当該点火プラグが取り付けられている燃焼室内の領域における燃焼状態を改善してもよい。このようにすれば、同一の気筒内における複数の点火プラグ間で変動率の差を計算しなくとも、燃焼状態の悪化している点火プラグを判定することができる。また、内燃機関１が備えるすべての点火プラグの中で、燃焼状態が悪化している点火プラグを特定することもできる。
【００４８】
以上、実施例１では、燃焼イオン電流の変動率に基づいて各点火プラグ位置での燃焼状態を判定し、燃焼状態の悪い領域に設けられている点火プラグの点火時期を、燃焼状態が悪化する前よりも進角させる。これにより、内燃機関に供給する燃料を増量することなしに、燃焼状態の悪い領域における燃焼状態を安定させることができる。その結果、燃焼状態の悪化に起因するトルク変動を抑制するとともに、燃料消費の増加及びＮＯｘの増加を抑制することができる。
【００４９】
希薄燃焼運転時には燃焼状態の悪化を招きやすいが、実施例１によれば、希薄燃焼限界における内燃機関の燃焼状態を精密に制御できるので、希薄燃焼運転の限界を大きくした状態で内燃機関を運転できる期間を長くできる。これにより、通常の希薄燃焼運転と比較して、さらに燃料消費の低減、ＮＯｘの低減を図ることができる。このように、実施例１は、希薄燃焼運転のできる内燃機関に対して効果的である。
【００５０】
また、吸排気弁の配置から、点火プラグが燃焼室の中央部分とボア端部に配置される場合、ボアによる消炎作用や混合気の偏りによってボア端部においては燃焼状態が悪化しやすいが、実施例１の構成によれば、かかる場合にも効果的にボア端部の燃焼状態を改善できる。さらに、他の気筒との比較で燃焼状態が悪化している気筒を判定しないので、単気筒の内燃機関に対しても適用できる。なお、実施例１の構成は、以下の実施例に対しても適宜適用することができる。また、実施例１と同様の構成を備えていれば、実施例１と同様の作用、効果を奏する。
【実施例２】
【００５１】
実施例２は、実施例１と略同様の構成であるが、さらに、ある気筒の燃焼状態が他の気筒の燃焼状態よりも悪化した場合、例えば、ある気筒が備えるすべての点火プラグから検出される燃焼イオン電流の検出値が所定の閾値以上である場合には、当該気筒全体の燃焼状態を改善する点が異なる。他の構成は、実施例１と同様なので説明を省略するとともに、同一の構成には同一の符号を付す。なお、次の説明では、適宜図１〜５を参照されたい。また、実施例２において、各気筒の燃焼状態は、燃焼イオン電流の検出値に基づいて知ることができる燃焼変動により判断する。
【００５２】
図８は、実施例２に係る内燃機関の運転制御を示すフローチャートである。実施例２に係る内燃機関の運転制御方法は、実施例１に係る内燃機関の運転制御装置３０（図６参照）により実現できる。実施例２に係る内燃機関の運転制御を実行するにあたり、内燃機関の運転制御装置３０が備える燃焼状態判定部３１は、各気筒１ｓ１〜１ｓ４の第１及び第２点火プラグ１０ａ、１０ｂから最大燃焼イオン電流値Ｉｍａｘ（ｉ）＿ａ（又はｂ）を取得する（ステップＳ２０１）。ここで、ｉは気筒番号を表す。
【００５３】
次に、燃焼状態判定部３１は、燃焼状態判定部３１は、それぞれの気筒１ｓ１〜１ｓ４が備える第１及び第２点火プラグ１０ａ、１０ｂそれぞれの変動率Ｉｃｏｖ（ｉ）＿ａ、Ｉｃｏｖ（ｉ）＿ｂの平均値、及び標準偏差σを求める。そして、それぞれの気筒１ｓ１〜１ｓ４が備える第１及び第２点火プラグ１０ａ、１０ｂの変動率Ｉｃｏｖ（ｉ）＿ａ、Ｉｃｏｖ（ｉ）＿ｂを計算する（ステップＳ２０２）。変動率は、実施例１で説明した通りである。
【００５４】
次に、燃焼状態判定部３１は、ｉ気筒の変動率が他の気筒の変動率よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２０３）。例えば、すべての気筒が備える第１及び第２点火プラグ１０ａ、１０ｂの変動率の平均値Ｉｃｏｖ＿ａｖｅを計算し、この変動率の平均値よりも所定の値以上の変動率である点火プラグを備える気筒は、他の気筒よりも変動率が大きいと判断する。前記所定の値は、例えば、すべての気筒が備える第１及び第２点火プラグ１０ａ、１０ｂの変動率の標準偏差σに定数（例えば３）を乗じたものとすることができる。また、予め実験により前記所定の値を求めてもよい。ここで、平均値Ｉｃｏｖ＿ａｖｅと前記所定の値との和が、「所定の閾値」に該当する。
【００５５】
ｉ気筒の変動率が他の気筒の変動率よりも小さい場合（ステップＳ２０３；Ｎｏ）、内燃機関１の運転の監視を継続する。ｉ気筒の変動率が他の気筒の変動率よりも大きい場合（ステップＳ２０３；Ｙｅｓ）、ｉ気筒では、第１点火プラグ１０ａ又は第２点火プラグ１０ｂのうち、少なくとも一方の燃焼状態が悪化していると判定できる。この場合、燃焼状態判定部３１は、ｉ気筒が備えるすべての点火プラグの変動率が、所定の変動率差分制限値（所定の閾値）Ｉｃｏｖ＿ｌｉｍ以上であるか否かを判定する（ステップＳ２０４）。これにより、ｉ気筒が備える点火プラグのうち、一部の点火プラグで燃焼状態が悪くなっているか、すべての点火プラグで燃焼状態が悪くなっているかを判定することができる。なお、前記変動率制限値Ｉｃｏｖ＿ｌｉｍは、実験やコンピュータシミュレーションにより予め求めておく。
【００５６】
すべての点火プラグの変動率が前記変動率制限値Ｉｃｏｖ＿ｌｉｍ以上である場合（ステップＳ２０４；Ｙｅｓ）、ｉ気筒全体の燃焼状態が悪化しているおそれが高い。この場合、燃焼改善手段として機能する燃焼改善部３２は、ｉ気筒へ供給する燃料量を増加させることによりｉ気筒の空燃比Ａ／Ｆをリッチにして（ステップＳ２０７）、ｉ気筒の燃焼状態を改善する。なお、前記変動率制限値Ｉｃｏｖ＿ｌｉｍと、各気筒が備えるそれぞれの点火プラグの変動率とを比較し、ある気筒が備えるすべての点火プラグが前記変動率制限値Ｉｃｏｖ＿ｌｉｍ以上である場合、その気筒全体で燃焼状態が悪化していると判定することもできる。この方法によれば、単気筒、すなわち燃焼室が単独の場合でも、気筒全体の燃焼状態の悪化を判定できる。
【００５７】
変動率が前記変動率制限値Ｉｃｏｖ＿ｌｉｍよりも小さい点火プラグが存在する場合（ステップＳ２０４；Ｎｏ）、ｉ気筒が備える点火プラグのうち、一部の点火プラグで燃焼状態が悪化していると判断できる。この場合、燃焼状態判定部３１は、第１又は第２点火プラグ１０ａ、１０ｂのうち、どちらの燃焼状態が悪化しているかを特定する（ステップＳ２０５）。例えば、第１点火プラグ１０ａの変動率Ｉｃｏｖ（ｉ）＿ａと、第２点火プラグ１０ｂの変動率Ｉｃｏｖ（ｉ）＿ｂとを比較し、変動率が大きい方の点火プラグで燃焼状態が悪化していると判定するものがある。また、ｉ気筒が備えるすべての点火プラグの変動率を、前記変動率制限値Ｉｃｏｖ＿ｌｉｍと比較し、変動率が変動率制限値Ｉｃｏｖ＿ｌｉｍ以上である点火プラグで燃焼状態が悪化していると判定する方法もある。
【００５８】
燃焼状態判定部３１が、ｉ気筒において燃焼状態が悪化している点火プラグを特定したら（ステップＳ２０５）、燃焼改善部３２は、燃焼状態の悪化している点火プラグが設けられている燃焼室内の領域における燃焼状態を改善するように制御する（ステップＳ２０６）。燃焼改善の制御は、実施例１で説明した通りである。なお、多気筒の内燃機関の場合、燃焼改善制御は、燃焼状態が悪化している点火プラグを備える気筒のみならず、すべての気筒に対して実行してもよい。
【００５９】
以上、実施例２によれば、燃焼イオン電流の変動率に基づいて各点火プラグ位置での燃焼状態を判定し、燃焼状態の悪い領域に設けられている点火プラグの点火時期を、判定前よりも進角させ、前記領域の燃焼状態を改善する。これにより、燃料増量をすることなしに、燃焼状態の悪い領域における燃焼状態を安定させることができる。その結果、燃焼状態の悪化に起因するトルク変動を抑制するとともに、燃料消費の増加及びＮＯｘの増加を抑制することができる。また、他の気筒と比較して燃焼状態の悪化している気筒を判定すれば、経時変化等により内燃機関の燃焼状態が変化して、それまでの変動率差分制限値が使用できない場合でも、確実に燃焼状態の悪化している気筒を検出できる。なお、実施例２の構成は、以下の実施例に対しても適宜適用することができる。また、実施例２と同様の構成を備えていれば、実施例２と同様の作用、効果を奏する。
【実施例３】
【００６０】
実施例３は、実施例１、実施例２と略同様の構成であるが、燃焼室内に燃焼状態の悪い領域、すなわち変動率が大きい領域が生じた場合には、燃焼室内の混合気の燃料分布割合を変更する点が異なる。より具体的には、燃焼状態の悪い領域に配置されている点火プラグ周辺の燃料分布割合を、他の領域に配置されている点火プラグ周辺の燃料分布割合よりも大きくする。他の構成は、実施例１と同様なのでその説明を省略するとともに、同一の構成には同一の符号を付す。
【００６１】
実施例１、２では、第１点火プラグ１０ａの点火時期と、第２点火プラグ１０ｂの点火時期との位相差を、燃焼状態が悪化する前よりも大きくする機能を燃焼改善手段としたが、実施例３では、これ以外の燃焼改善手段を用いることができる。図９−１、図９−２は、実施例３に係る燃焼改善手段の一例を示す説明図である。図９−１、図９−２に示す例の内燃機関１−２は、吸気ポート３ｉに燃料を噴射するポート噴射弁を２個備えており、両方のポート噴射弁４１、４２を用いて内燃機関１−２の燃焼室１ｂに燃料を供給する。第１又は第２点火プラグ１０ａ、１０ｂでの燃焼状態が悪化していない場合、両方のポート噴射弁４１、４２の燃料噴射量は略均等とする（図９−１）。
【００６２】
ここで、例えば、第２点火プラグ１０ｂでの燃焼状態が悪化した場合、第２点火プラグに近い方のポート噴射弁４２の燃料噴射量をポート噴射弁４１よりも増加させる。これにより、第２点火プラグ１０ｂ周辺の燃料分布割合を、第１点火プラグ１０ａ周辺の燃料分布割合よりも大きくできる。その結果、第２点火プラグ１０ｂでの燃焼状態を安定させることができるので、トルク変動を抑制してドライバビリティを向上させることができる。
【００６３】
このとき、内燃機関１−２に供給する燃料の総量は一定として、ポート噴射弁４２の燃料噴射量を増量させた分、ポート噴射弁４１の燃料噴射量を減少させれば、燃料消費の悪化も抑制できる。なお、ポート噴射弁４２の燃料噴射量を増量させた分、内燃機関１−２に供給する燃料の総量を増量させてもよい。この方法は、第１及び第２点火プラグ１０ａ、１０ｂが取り付けられている気筒の燃焼室全体での燃焼状態が、他の気筒と比較して悪化している場合に効果的である。
【００６４】
図１０−１、図１０−２は、実施例３に係る燃焼改善手段の一例を示す説明図である。図１０−１、図１０−２に示す例の内燃機関１−３は、一方の吸気ポート３ｉ２に気流制御弁１４を備えており、燃焼室１ｂ内へスワール流を発生させるとともに、ポート噴射弁４の燃料噴射時期を吸気同期とすることで、燃焼状態が悪い領域の点火プラグ近傍に、濃い混合気を形成する。第１又は第２点火プラグ１０ａ、１０ｂでの燃焼状態が悪化していない場合、気流制御弁１４を開き、燃焼室１ｂの中にはスワール流を形成しないでポート噴射弁４から燃料を噴射する（図１０−１）。
【００６５】
ここで、例えば、第２点火プラグ１０ｂでの燃焼状態が悪化した場合、図１０−２に示すように、気流制御弁１４を閉じる。これにより、燃焼室１ｂの中央部分１ｓｃを中心とした旋回流、すなわちスワール流ＳＦが燃焼室１ｂ内へ形成される。このとき、吸気同期でポート噴射弁４から燃料を噴射する。燃料の噴射時期は、ＡＴＤＣ（吸気上死点）６０度〜９０度までに噴射を終了する。このようにすると、燃焼室１ｂ内の混合気に燃料含有量の分布を与えて、第２点火プラグ１０ｂ周辺の燃料分布割合を、第１点火プラグ１０ａ周辺の燃料分布割合よりも大きくすることができる。その結果、第２点火プラグ１０ｂでの燃焼状態を安定させることができるので、トルク変動を抑制してドライバビリティを向上させることができる。
【００６６】
図１１−１、図１１−２は、実施例３に係る燃焼改善手段の一例を示す説明図である。図１１−１に示すように、ポート噴射弁４の代わりに直噴噴射弁１５を用いてもよい。第１又は第２点火プラグ１０ａ、１０ｂでの燃焼状態が悪化していない場合、気流制御弁１４を開き、燃焼室１ｂの中にはスワール流を形成しないで直噴噴射弁１５から燃料を噴射する（図１１−１）。
【００６７】
ここで、例えば、第２点火プラグ１０ｂでの燃焼状態が悪化した場合、図１１−２に示すように、気流制御弁１４を閉じる。これにより、燃焼室１ｂの中心部１ｃを中心とした旋回流、すなわちスワール流ＳＦが燃焼室１ｂ内へ形成される。このとき、ＢＢＤＣ（Before Bottom Dead Center：下死点前）１０度〜ＡＢＤＣ（After Bottom Dead Center：下死点後）３０度の間で、直噴噴射弁１５から燃料の噴射を開始し終了する。なお、この下死点は、排気行程終了時の下死点である。このようにすると、燃焼室１ｂ内の混合気に燃料含有量の分布を与えて、第２点火プラグ１０ｂ周辺の燃料分布割合を、第１点火プラグ１０ａ周辺の燃料分布割合よりも大きくすることができる。その結果、第２点火プラグ１０ｂでの燃焼状態を安定させることができるので、トルク変動を抑制してドライバビリティを向上させることができる。
【００６８】
図１２−１、図１２−２は、実施例３に係る燃焼改善手段の一例を示す説明図である。図１２−１、図１２−２に示す例の内燃機関１−４は、２個の直噴噴射弁１５１、１５２を備えており、燃焼状態が悪い領域の点火プラグに近い直噴噴射弁１５２の燃料噴射量を増加させることで、燃焼状態が悪い領域の点火プラグ近傍に、濃い混合気を形成する。第１又は第２点火プラグ１０ａ、１０ｂでの燃焼状態が悪化していない場合、両方の直噴噴射弁１５１、１５２の燃料噴射量は略均等とする（図１２−１）。
【００６９】
ここで、例えば、第２点火プラグ１０ｂでの燃焼状態が悪化した場合、第２点火プラグに近い方の直噴噴射弁１５２の燃料噴射量を直噴噴射弁１５１よりも増加させる。これにより、第２点火プラグ１０ｂ周辺の燃料分布割合を、第１点火プラグ１０ａ周辺の燃料分布割合よりも大きくすることができる。その結果、第２点火プラグ１０ｂでの燃焼状態を安定させることができるので、トルク変動を抑制してドライバビリティを向上させることができる。
【００７０】
このとき、内燃機関１−４に供給する燃料の総量は一定として、直噴噴射弁１５２の燃料噴射量を増量させた分、直噴噴射弁１５１の燃料噴射量を減少させれば、燃料消費の悪化も抑制できる。なお、直噴噴射弁１５２の燃料噴射量を増量させた分、内燃機関１−４に供給する燃料の総量を増量させてもよい。この方法は、第１及び第２点火プラグ１０ａ、１０ｂが取り付けられている気筒全体の燃焼状態が、他の気筒と比較して悪化している場合に効果的である。
【００７１】
図１３−１〜図１３−４は、実施例３に係る燃焼改善手段の一例を示す説明図である。図１３−１、図１３−４に示す例の内燃機関１−５は、直噴噴射弁１５を備え、ピストン７の頂部７ｔにはキャビティ７ｃが形成されている。このキャビティ７ｃは、圧縮行程における所定のタイミングで燃料を噴射すると、図１３−１に示すように、燃焼室１ｂのボア端部１ｓｔに取り付けられている第２点火プラグ１０ｂへ燃料が偏向するように形成されている。これにより、第２点火プラグ１０ｂの近傍へ、濃い混合気を形成することができる。
【００７２】
例えば、第２点火プラグ１０ｂでの燃焼状態が悪化した場合、キャビティ７ｃに燃料が衝突するタイミングで、直噴噴射弁１５から燃料を噴射する。すると、キャビティ７ｃに衝突した燃料は、キャビティ７ｃの側壁７ｃｗに沿って第２点火プラグ１０ｂへ向かって流れる（図１１−２）。これにより、第２点火プラグ１０ｂ周辺の燃料分布割合を、第１点火プラグ１０ａ周辺の燃料分布割合よりも大きくすることができる。その結果、第２点火プラグ１０ｂでの燃焼状態を安定させることができるので、トルク変動を抑制してドライバビリティを向上させることができる。
【００７３】
また、第２点火プラグ１０ｂでの燃焼状態が悪化した場合、圧縮行程において２回に分けて燃料を噴射してもよい。このとき、１回はキャビティ７ｃに衝突しないタイミングで燃料を噴射し（図１３−３）、残りの１回はキャビティ７ｃに衝突するタイミングで燃料を噴射してもよい（図１３−４）。さらに、均質燃焼運転時において第２点火プラグ１０ｂの燃焼状態が悪化した場合には、吸気行程と圧縮行程とで燃料を噴射するとともに、圧縮行程においてはキャビティ７ｃに燃料を衝突させてもよい。これによって、第２点火プラグ１０ｂ周辺の燃料分布割合を、第１点火プラグ１０ａ周辺の燃料分布割合よりも大きくすることができる。その結果、第２点火プラグ１０ｂでの燃焼状態を安定させることができるので、トルク変動を抑制してドライバビリティを向上させることができる。
【００７４】
以上、実施例３では、燃焼イオン電流の変動率に基づいて各点火プラグ位置での燃焼状態を判定し、燃焼状態の悪い領域に配置されている点火プラグ周辺の混合気を、他の領域に配置されている点火プラグ周辺の混合気よりも濃くする。これにより、燃料増量をすることなしに、燃焼状態の悪い領域における燃焼状態を安定させることができる。その結果、燃焼状態の悪化に起因するトルク変動を抑制するとともに、燃料消費の増加及びＮＯｘの増加を抑制することができる。なお、ある気筒が備える点火プラグのうち、燃焼状態が悪化した点火プラグの点火時期と、燃焼状態が悪化していない点火プラグの点火時期との位相差を、燃焼状態が悪化する前よりも大きくする（燃焼状態が悪化した点火プラグの点火時期を進角させる）機能を、実施例３に対して適用してもよい。このようにすれば、燃焼状態の悪化している点火プラグが取り付けられている領域の燃焼状態をさらに効率よく改善できる。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
以上のように、本発明に係る内燃機関及び内燃機関の運転制御装置は、複数の点火プラグを備える多点点火式の内燃機関に有用であり、特に、出力トルクの変動を抑制しつつ、燃料消費の増加及びＮＯｘの増加を抑制することに適している。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】実施例１に係る内燃機関を示す概略断面図である。
【図２−１】実施例１に係る内燃機関の点火プラグの配置を示す平面図である。
【図２−２】実施例１に係る内燃機関の点火プラグの配置を示す平面図である。
【図２−３】実施例１に係る内燃機関の点火プラグの配置を示す平面図である。
【図２−４】実施例１に係る内燃機関の点火プラグの配置を示す平面図である。
【図２−５】実施例１に係る内燃機関の点火プラグの配置を示す平面図である。
【図２−６】実施例１に係る内燃機関の点火プラグの配置を示す平面図である。
【図３】実施例１に係る内燃機関を示す全体図である。
【図４】実施例１に係る燃焼イオン電流検出装置の一例を示す説明図である。
【図５−１】燃焼イオン電流の波形の一例を示す説明図である。
【図５−２】燃焼イオン電流の波形の一例を示す説明図である。
【図６】実施例１に係る内燃機関の運転制御装置を示す説明図である。
【図７】実施例１に係る内燃機関の運転制御を示すフローチャートである。
【図８】実施例２に係る内燃機関の運転制御を示すフローチャートである。
【図９−１】実施例３に係る燃焼改善手段の一例を示す説明図である。
【図９−２】実施例３に係る燃焼改善手段の一例を示す説明図である。
【図１０−１】実施例３に係る燃焼改善手段の一例を示す説明図である。
【図１０−２】実施例３に係る燃焼改善手段の一例を示す説明図である。
【図１１−１】実施例３に係る燃焼改善手段の一例を示す説明図である。
【図１１−２】実施例３に係る燃焼改善手段の一例を示す説明図である。
【図１２−１】実施例３に係る燃焼改善手段の一例を示す説明図である。
【図１２−２】実施例３に係る燃焼改善手段の一例を示す説明図である。
【図１３−１】実施例３に係る燃焼改善手段の一例を示す説明図である。
【図１３−２】実施例３に係る燃焼改善手段の一例を示す説明図である。
【図１３−３】実施例３に係る燃焼改善手段の一例を示す説明図である。
【図１３−４】実施例３に係る燃焼改善手段の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００７７】
１  内燃機関
１ｂ  燃焼室
１０  点火プラグ
１０ａ  第１点火プラグ
１０ｂ  第２点火プラグ
１０ｃ  中心電極
１０ｓ  側方電極
１４  気流制御弁
２０  エンジンＥＣＵ
３０  内燃機関の運転制御装置
３１  燃焼状態判定部
３２  燃焼改善部
４０  燃焼イオン電流検出装置
【図１】
2006057562.tif 000003
【図２−１】
2006057562.tif 000004
【図２−２】
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【図２−３】
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【図２−４】
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【図２−５】
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【図２−６】
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【図３】
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【図４】
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【図５−１】
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【図５−２】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９−１】
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【図９−２】
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【図１０−１】
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【図１０−２】
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【図１１−１】
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【図１１−２】
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【図１２−１】
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【図１２−２】
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【図１３−１】
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【図１３−２】
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【図１３−３】
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【図１３−４】
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