(57)【要約】【課題】ＨＣＣＩ時のシリンダ内の着火時期で現在の燃焼状態を詳細に把握する必要が生じる。特に、ＨＣＣＩ時は特定の回転数及び負荷の範囲のみでしか実施出来ないため、均一予混合圧縮着火を継続するには、燃焼状態の判定結果から燃料噴射量、ＥＧＲ供給量、及び、点火時期の制御を迅速に反映させ、燃焼状態を改善させる必要が生じる。【解決手段】内燃機関100の燃焼時に複数のイオン電流検出手段30，32で検出したイオン電流の発生時期を算出する発生時期算出手段と、シリンダ50内の混合気の空燃比を算出する空燃比センサと、発生時期算出手段による算出結果が示す第１の点火プラグ10のイオン電流の発生時期と他方の点火プラグ12のイオン電流の発生時期とが略同一であると共に、シリンダ50内の空燃比がストイキに対してリッチである場合に、シリンダ50内を冷却する冷却制御手段と、を備える。【選択図】図１
2015057544.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
混合気を圧縮により自着火させる均一予混合圧縮着火を行う内燃機関であって、
当該内燃機関のシリンダ内に設けられた少なくとも２つの点火プラグと、
当該点火プラグの各々に配置され、前記内燃機関の燃焼時に生じるイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、を備えたガソリンエンジンの燃焼制御装置において、
前記内燃機関の燃焼時に複数の前記イオン電流検出手段で検出したイオン電流の発生時期を算出する発生時期算出手段と、
前記シリンダ内の混合気の空燃比を算出する空燃比センサと、
前記発生時期算出手段による算出結果が示す前記第１の点火プラグのイオン電流の発生時期と他方の点火プラグのイオン電流の発生時期とが略同一であると共に、前記シリンダ内の空燃比がストイキに対してリッチである場合に、前記シリンダ内を冷却する冷却制御手段と、を備えることを特徴とするガソリンエンジンの燃焼制御装置。
【請求項２】
前記発生時期算出手段による算出結果が示す前記第１の点火プラグのイオン電流の発生時期と他方の点火プラグのイオン電流の発生時期との差が所望以上大きいと共に、前記シリンダ内の空燃比がストイキに対してリッチである場合に、前記シリンダ内への補助点火を行うアシスト制御手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のガソリンエンジンの燃焼制御装置。
【請求項３】
前記発生時期算出手段による算出結果が示す前記第１の点火プラグのイオン電流の発生時期と他方の点火プラグのイオン電流の発生時期とが略同一であると共に、前記シリンダ内の空燃比がストイキに対してリーンである場合に、前記シリンダ内へのＥＧＲ量を増加させるＥＧＲ増加制御手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のガソリンエンジンの燃焼制御装置。
【請求項４】
前記発生時期算出手段による算出結果が示す前記第１の点火プラグのイオン電流の発生時期と他方の点火プラグのイオン電流の発生時期との差が所望以上大きいと共に、前記シリンダ内の空燃比がストイキに対してリーンである場合に、前記シリンダ内の空燃比をリッチにする空燃比リッチ制御手段を備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のガソリンエンジンの燃焼制御装置。
【請求項５】
前記冷却制御手段は、前記シリンダ内の圧縮比を下げることで成されたことを特徴とする請求項１に記載のガソリンエンジンの燃焼制御装置。
【請求項６】
前記冷却制御手段は、前記シリンダ内の空燃比をストイキに近づけることで成されたことを特徴とする請求項１に記載のガソリンエンジンの燃焼制御装置。
【請求項７】
前記冷却制御手段は、前記シリンダ内へのＥＧＲ量を減少させることで成されたことを特徴とする請求項１に記載のガソリンエンジンの燃焼制御装置。
【請求項８】
前記冷却制御手段は、前記シリンダ内へのＥＧＲの温度を低下させることで成されたことを特徴とする請求項１に記載のガソリンエンジンの燃焼制御装置。
【請求項９】
前記発生時期算出手段は、前記イオン電流検出手段で検出したイオン電流のピーク値の位相を算出するピーク時期算出手段とすることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載のガソリンエンジンの燃焼制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガソリンエンジンにおいて、火花点火（ＳＩ）と均一予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）を切り替えて運転する内燃機関の燃焼を制御する制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ガソリンエンジンのさらなる燃費改善を実現するために、多量のＥＧＲ（既燃ガス）を残留させることで気筒内の温度を高めて、気筒内へ供給された混合気を圧縮して自己着火により燃焼させる均一予混合圧縮着火が提案されている。しかし、一般に均一予混合圧縮着火は、内燃機関の低回転及び低負荷の範囲のみでしか実施出来ないため、気筒内への供給された混合気を点火プラグからの放電により着火させて燃焼させる火花点火と切り替えることであらゆる運転条件での燃焼を可能としている。
【０００３】
このような均一予混合圧縮着火では、火花点火のように点火プラグからの放電による着火ではなく自己着火となるため燃焼毎に着火時期のバラツキが生じる。そのため、均一予混合圧縮着火時のイオン電流を検出し、検出結果から最適な時期に着火させる構成として、例えば、特開２００４−１９７５９３号公報（以下「特許文献１」）が知られている。
【０００４】
特許文献１では、エンジン
は、シリンダヘッド及びシリンダブロックが連結されて構成されている。また、シリンダヘッドには、吸気ポート及び排気ポートが形成されており、吸気ポート及び排気ポートと気筒内との境界には、上下に移動する吸気弁及び排気弁が備えられている。さらに、シリンダヘッドには、気筒内に直接燃料を噴射する筒内燃料噴射弁、グロープラグが設けられている。
【０００５】
また、吸気ポートには、該吸気ポート内を流通する吸気中に燃料を噴射する吸気内燃料噴射弁が設けられている。さらに、気筒の中心側及び外周側に２つのイオンセンサを設置して、成層度を直接判定し、エンジン構成部品の製造ばらつきや劣化等があっても適正な時期に着火可能な着火制御を行う。ここで、２つのイオンセンサは、夫々筒内燃料噴射弁及びグロープラグと一体とすることによりエンジンへの搭載が容易となる。
【０００６】
また、燃料噴射弁に備えられたイオンセンサ
は、電極を２つ有しており、エンジンの始動完了後には、２つの電極間に所定の電圧が印加される。こうした電圧印加により、気筒内で燃料が燃焼したときには、その燃料の燃焼時に発生するイオンによって電極間にイオン電流が流れる。さらに、グロープラグに備えられたイオンセンサは、エンジンの始動完了後には、発熱体とシリンダヘッドとの間に所定の電圧が印加される。こうした電圧印加により、気筒内で燃料が燃焼したときには、その燃料の燃焼時に発生するイオンによってシリンダヘッドと発熱体との間にイオン電流が流れる。この場合、グロープラグの発熱体はイオン電流検出用の電極として機能することとなる。
【０００７】
ここで、２つのイオンセンサの着火時期の差が大きすぎると、燃焼期間が長くなりすぎて燃費の悪化や排気エミッションの悪化を誘発させる。一方、着火時期の差が小さすぎると、急激な燃焼により燃焼騒音が発生する。従って、適当な着火時期の差が得られるように気筒内の空燃比分布を制御する内燃機関が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−１９７５９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記従来の予混合圧縮着火内燃機関では次の問題が生じている。即ち、特許文献１では、２つのイオンセンサの出力差が予め定めた差となるように気筒内の空燃比分布を変更し、着火時期を適正なものとすることができるが、均一予混合圧縮着火時の着火に火炎伝播が生じることが一概に燃焼状態の悪化に繋がるとも限らないことが近年わかっている。このため、均一予混合圧縮着火時のシリンダ内の着火時期で現在の燃焼状態を詳細に把握する必要が生じる。特に、均一予混合圧縮着火時は特定の回転数及び負荷の範囲のみでしか実施出来ないため、均一予混合圧縮着火を継続するには、燃焼状態の判定結果から燃料噴射量、ＥＧＲ供給量、及び、点火時期の制御を迅速に反映させ、燃焼状態を改善させる必要が生じる。
【００１０】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、均一予混合圧縮着火による燃焼時において、着火の火炎伝播の状態から燃焼状態を詳細に識別し、燃焼状態に応じた燃焼制御を行うガソリンエンジンの燃焼制御装置を提供することを目標とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は次のような構成とする。即ち、混合気を圧縮により自着火させる均一予混合圧縮着火を行う内燃機関であって、当該内燃機関のシリンダ内に設けられた少なくとも２つの点火プラグと、当該点火プラグの各々に配置され、前記内燃機関の燃焼時に生じるイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、を備えたガソリンエンジンの燃焼制御装置において、前記内燃機関の燃焼時に複数の前記イオン電流検出手段で検出したイオン電流の発生時期を算出する発生時期算出手段と、前記シリンダ内の混合気の空燃比を算出する空燃比センサと、前記発生時期算出手段による算出結果が示す前記第１の点火プラグのイオン電流の発生時期と他方の点火プラグのイオン電流の発生時期とが略同一であると共に、前記シリンダ内の空燃比がストイキに対してリッチである場合に、前記シリンダ内を冷却する冷却制御手段と、を備えることを特徴とするガソリンエンジンの燃焼制御装置とする。
【００１２】
上記の発明においては、前記発生時期算出手段による算出結果が示す前記第１の点火プラグのイオン電流の発生時期と他方の点火プラグのイオン電流の発生時期との差が所望以上大きいと共に、前記シリンダ内の空燃比がストイキに対してリッチである場合に、前記シリンダ内への補助点火を行うアシスト制御手段を備えてもよい。また、前記発生時期算出手段による算出結果が示す前記第１の点火プラグのイオン電流の発生時期と他方の点火プラグのイオン電流の発生時期とが略同一であると共に、前記シリンダ内の空燃比がストイキに対してリーンである場合に、前記シリンダ内へのＥＧＲ量を増加させるＥＧＲ増加制御手段を備えてもよい。さらに、前記発生時期算出手段による算出結果が示す前記第１の点火プラグのイオン電流の発生時期と他方の点火プラグのイオン電流の発生時期との差が所望以上大きいと共に、前記シリンダ内の空燃比がストイキに対してリーンである場合に、前記シリンダ内の空燃比をリッチにする空燃比リッチ制御手段を備えてもよい。
【００１３】
また、前記冷却制御手段は、前記シリンダ内の圧縮比を下げることで成される構成としてもよいし、前記冷却制御手段は、前記シリンダ内の空燃比をストイキに近づけることで成される構成としてもよい。さらに、前記冷却制御手段は、前記シリンダ内へのＥＧＲ量を減少させることで成される構成としてもよいし、前記冷却制御手段は、前記シリンダ内へのＥＧＲの温度を低下させることで成される構成としてもよい。
【００１４】
前記発生時期算出手段は、前記イオン電流検出手段で検出したイオン電流のピーク値の位相を算出するピーク時期算出手段としてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
上記の構成によれば、混合気を圧縮により自着火させる均一予混合圧縮着火を行う内燃機関であって、当該内燃機関のシリンダ内に設けられた少なくとも２つの点火プラグと、当該点火プラグの各々に配置され、前記内燃機関の燃焼時に生じるイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、を備えたガソリンエンジンの燃焼制御装置において、前記内燃機関の燃焼時に複数の前記イオン電流検出手段で検出したイオン電流の発生時期を算出する発生時期算出手段と、前記シリンダ内の混合気の空燃比を算出する空燃比センサと、前記発生時期算出手段による算出結果が示す前記第１の点火プラグのイオン電流の発生時期と他方の点火プラグのイオン電流の発生時期とが略同一であると共に、前記シリンダ内の空燃比がストイキに対してリッチである場合に、前記シリンダ内を冷却する冷却制御手段と、を備えることで、ノッキングが発生している可能性がある燃焼に対して、均一予混合圧縮着火による燃焼時の状態を詳細に識別し、燃焼状態に応じた燃焼制御を行うガソリンエンジンの燃焼制御装置が実現できる。
【００１６】
また、前記発生時期算出手段による算出結果が示す前記第１の点火プラグのイオン電流の発生時期と他方の点火プラグのイオン電流の発生時期との差が所望以上大きいと共に、前記シリンダ内の空燃比がストイキに対してリッチである場合に、前記シリンダ内への補助点火を行うアシスト制御手段を備えることで、均一予混合圧縮着火による燃焼が一部着火し難い不安定な状態（内燃機関の一部が高温で着火し易い不安定な状態）であることを詳細に識別し、着火の安定性を向上させることができる。さらに、内燃機関の一部が着火し難い状態ではあるが、空燃比はリッチであるため、これ以上に燃料噴射量を増加させて燃焼状態を改善する制御が行われても燃焼状態が悪化するので、このような制御を防ぐことができる。
【００１７】
また、前記発生時期算出手段による算出結果が示す前記第１の点火プラグのイオン電流の発生時期と他方の点火プラグのイオン電流の発生時期とが略同一であると共に、前記シリンダ内の空燃比がストイキに対してリーンである場合に、前記シリンダ内へのＥＧＲ量を増加させるＥＧＲ増加制御手段を備えることで、現況では均一予混合圧縮着火による燃焼が正常に行われていても、ノッキングを引き起こす可能性がある不安定な燃焼状態を判別し、着火の安定性を向上させることができる。さらに、内燃機関が高温となるノッキングを引き起こす可能性がある不安定な燃焼状態であるため、前記シリンダ内への供給が均一となる燃料噴射量を増加させて燃焼状態を改善する制御が行われても燃焼状態が悪化するので、このような制御を防ぐことができる。
【００１８】
また、前記発生時期算出手段による算出結果が示す前記第１の点火プラグのイオン電流の発生時期と他方の点火プラグのイオン電流の発生時期との差が所望以上大きいと共に、前記シリンダ内の空燃比がストイキに対してリーンである場合に、前記シリンダ内の空燃比をリッチにする空燃比リッチ制御手段を備えることで、現況では均一予混合圧縮着火による燃焼が正常に行われていても、均一予混合圧縮着火による燃焼が一部着火し難い不安定な状態（内燃機関の一部が高温で着火し易い不安定な状態）であることを詳細に識別し、着火の安定性を向上させることができる。さらに、内燃機関の一部が着火し難い状態ではあるため、前記シリンダ内への供給が非均一となるＥＧＲ量を増加させて燃焼状態を改善する制御が行われても燃焼状態が悪化するので、このような制御を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施例とするガソリンエンジンの概要を示す図である。
【図２】実施例１とするイオン電流検出時期に差なし且つＡ／Ｆリッチ時のイオン電流出力信号波形及びＡ／Ｆセンサ出力特性を示す。
【図３】実施例１とするイオン電流検出時期に差あり且つＡ／Ｆリッチ時のイオン電流出力信号波形及びＡ／Ｆセンサ出力特性を示す。
【図４】実施例１とするイオン電流検出時期に差なし且つＡ／Ｆリーン時のイオン電流出力信号波形及びＡ／Ｆセンサ出力特性を示す。
【図５】実施例１とするイオン電流検出時期に差あり且つＡ／Ｆリーン時のイオン電流出力信号波形及びＡ／Ｆセンサ出力特性を示す。
【図６】実施例１とするガソリンエンジンの燃焼制御装置の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明の実施の形態を示す実施例を図１乃至図６に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２１】
本発明の第１の実施例とするガソリンエンジンの概要を示す図を図１に、イオン電流検出時期に差なし且つＡ／Ｆリッチ時のイオン電流出力信号波形及びＡ／Ｆセンサ出力特性を図２に、イオン電流検出時期に差あり且つＡ／Ｆリッチ時のイオン電流出力信号波形及びＡ／Ｆセンサ出力特性を図３に、イオン電流検出時期に差なし且つＡ／Ｆリーン時のイオン電流出力信号波形及びＡ／Ｆセンサ出力特性を図４に、イオン電流検出時期に差あり且つＡ／Ｆリーン時のイオン電流出力信号波形及びＡ／Ｆセンサ出力特性を図５に、ガソリンエンジンの燃焼制御装置の動作を示すフローチャートを図６にそれぞれ示す。
【００２２】
図１において、ガソリンエンジン（以下「内燃機関」）100の断面を示し、当該内燃機関100はエンジンヘッドとエンジンブロックから構成され、当該エンジンヘッドと当該エンジンブロックは複数のヘッドボルトにより固定されている。また、当該エンジンブロックは上下方向に貫通する略円柱形のシリンダ50によって開口され、当該開口の上端は当該エンジンヘッドで覆われ、当該開口の下端から凹部が形成されている。さらに、当該シリンダ50は当該凹部に嵌装されたピストン52で封止され、当該ピストン52が底面、当該エンジンヘッドが上面として区画形成されている。
【００２３】
また、前記シリンダ50内の予混合気を圧縮して自己着火させるのに最適なよう、前記シリンダ50の圧縮比は１１〜１３の範囲で設定するのが好ましい。さらに、前記シリンダ50の上端は、２つの傾斜面によって屋根のような形状をなしており、２つの傾斜面はそれぞれ前記シリンダ50の上端の中央部から左右両側に向かって徐々に前記シリンダ50の内壁と合わせ面に近づくように伸びている。
【００２４】
また、図の右側に示す前記シリンダ50の上端の傾斜面には吸気ポート60が接続されており、図の左側に示す前記シリンダ50の上端の傾斜面には排気ポート70が接続されている。さらに、前記内燃機関100は、当該吸気及び排気ポート60，70が１つの前記シリンダ50に対して２つずつ設けられた４弁式のものであり、当該吸気及び排気ポート60，70と前記シリンダ50の接続部には、吸気及び排気バルブ62，72が備えられている。
【００２５】
また、前記吸気及び排気バルブ62，72は、それぞれ、コイルスプリングが備えられ、当該コイルスプリングにより前記吸気及び排気バルブ62，72が閉じる方向へ押圧される一方、吸気及び排気カムシャフト66，76で連動によって回転する吸気及び排気カム64，74により前記吸気及び排気バルブ62，72が開く方向へ押し下げられるようになっている。さらに、当該吸気及び排気カム64，74が各々当該吸気及び排気カムシャフト66，76に同期して回転されることで、前記吸気及び排気バルブ62，72がそれぞれ所定のタイミングで開閉される。
【００２６】
また、前記吸気及び排気カムシャフト66，76には、それぞれ、前記ピストン52を回転させるクランクシャフト56に対する回転位相を所定の角度範囲において連続的に変化させる可変バルブタイミング機構が備えられており、当該可変バルブタイミング機構によって前記吸気及び排気バルブ62，72の開閉時期がそれぞれ独立に変更されるようになっている。さらに、当該可変バルブタイミング機構として油圧式の連続位相変更方式のものを用いているが、電磁動作式の連続位相変更方式のものを用いてもよい。
【００２７】
また、前記吸気及び排気カムシャフト66，76の前記可変バルブタイミング機構をそれぞれ遅角側及び進角側に作動させることによって、前記吸気及び排気バルブ62，72のオーバーラップを無くすことができ、これにより前記シリンダ50内に大量のＥＧＲ（既燃ガス）を滞留させることができる。さらに、前記排気バルブ72が閉じてから前記吸気バルブ62が開くまでの期間が短くなれば、ＥＧＲガス量は少なくなり、前記排気バルブ72が閉じてから前記吸気バルブ62が開くまでの期間が長くなれば、これに応じて内部ＥＧＲガス量も増大する。
【００２８】
また、前記シリンダ50内の上端には、４つの前記吸気及び排気バルブ62，72に取り囲まれるようにして第１の点火プラグ10が備えられ、当該第１の点火プラグ10は、前記シリンダ50内に供給した混合気に圧縮行程終盤の所定のタイミングで点火して燃焼する、火花点火（以下「ＳＩ」とする）を行うものである。さらに、当該第１の点火プラグ10には、イグナイタを内蔵した第１の点火コイル20が接続されている。
【００２９】
また、前記シリンダ50内の吸気側には、２つの前記吸気バルブ62に挟まれるようにして、第２の点火プラグ12が備えられ、当該第２の点火プラグ12は、前記シリンダ50内に供給した混合気を前記ピストン52の上昇により圧縮して、自己着火により燃焼させる均一予混合圧縮着火（以下「ＨＣＣＩ」とする）を行う際に、所定の条件下で自己着火を補助するための点火を行うものである。さらに、当該第２の点火プラグ12にも前記第１の点火プラグ10と同様にイグナイタを内蔵した第２の点火コイル22が接続されている。
【００３０】
また、前記第１及び第２の点火コイル20，22は、１次コイル、２次コイル、及び、鉄芯から構成されるトランスによって、車載用バッテリからの電源電圧を昇圧し、前記第１及び第２の点火プラグ10，12へ供給している。さらに、前記第２の点火コイル22は、前記第１の点火コイル20と同等の出力電圧を有する点火コイルを用いることが好ましいが、当該１次及び２次コイルの巻線の巻き数を少なくする等することで、逆起電力によって生じる電圧が前記第１の点火コイル20より小さくなる点火コイルを用いてもよい。
【００３１】
また、前記第１及び第２の点火コイル20，22には、前記第１及び第２の点火プラグ10，12の電極間を流れるイオン電流をそれぞれ検出するための第１及び第２のイオン電流検出装置30，32が接続されている。さらに、当該第１及び第２のイオン電流検出装置30，32は、バイアス電源として作用するコンデンサと電極間を流れるイオン電流を出力信号へ変換するオペアンプと、から構成され、前記第１及び第２の点火コイル20，22の前記２次コイルを介して検出されるイオン電流を出力信号へ変換して、前記内燃機関100の電気的制御を行うＥＣＵ40に入力している。
【００３２】
また、前記内燃機関100では、前記吸気ポート60内に向けてガソリンを噴射するインジェクタ44が備えられている。さらに、前記シリンダ50内の圧力を検出する圧力センサや、前記シリンダ50内の混合気の空燃比を算出するＡ／Ｆセンサ（後述する）からの情報が入力されると共に、前記吸気ポート60に備えられた電気式スロットルバルブの開閉の制御や、当該インジェクタ44の開閉時間を調整して燃料噴射量を制御し、前記シリンダ50内の混合気の空燃比を制御している。
【００３３】
また、前記ＥＣＵ40は、前記可変バルブタイミング機構の油圧制御によって前記吸気及び排気バルブ62，72の開閉時期を変更することにより、前記吸気及び排気バルブ62，72のオーバーラップ期間を制御している。さらに、前記ＥＣＵ40は、前記第１及び第２の点火プラグ10，12に備えられた前記イグナイタの動作制御によって混合気への点火時期を変更する点火信号の切り換えを行っている。
【００３４】
また、前記ＥＣＵ40は、前記内燃機関100が後述する図２のＨＣＣＩ運転領域にある時は、前記シリンダ50内における予混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）が１５〜３０のリーン状態となるように、前記インジェクタによる燃料噴射量と前記スロットルバルブの開閉とを制御し、前記第１の点火プラグ10からの放電により点火することなく、自己着火させるようにしている。さらに、前記ＥＣＵ40は、自己着火の際に、前記吸気及び排気バルブ62，72のオーバーラップはなくしてＥＧＲガス量を極めて多い状態とすることで、前記シリンダ50内の温度を高めようとしており、予混合気の圧縮による自己着火の安定性を高めることができる。
【００３５】
また、前記内燃機関100におけるＨＣＣＩでは、前記シリンダ50内の圧縮比が高いことと、大量のＥＧＲ（既燃ガス）によって前記シリンダ50内の温度が高められている。さらに、前記内燃機関100の燃焼行程が終了すると、前記排気ポート70を通過する排気ガス内に含まれる酸素イオンから空燃比を算出し、前記ＥＣＵ40に伝達するＡ／Ｆセンサ42を備えられ、当該Ａ／Ｆセンサ42は、前記排気ポート70の前記シリンダ50に近傍する位置に取り付けられている。
【００３６】
また、前記Ａ／Ｆセンサ42は、ジルコニア管からなり、当該ジルコニア管の内外の酸素濃度が大きいと、大気側の酸素イオンが当該ジルコニア管を通って外側に移動する。この原理を利用して、リーン時は、排気ガス中に多くある酸素イオンが排気ガス側から大気側に移動することで電流が増え、その抵抗により電圧が上がる。一方、リッチ時では、大気中の酸素イオンが無理やり排気ガス側に移動することで電流電圧が下がる。さらに、理論空燃比（ストイキオメトリ）時では、酸素がないので電流は流れない。さらに、ＨＣＣＩによる燃焼時のストイキは２２程度となる。
【００３７】
図２（ａ）及び（ｂ）は、前記内燃機関100のＨＣＣＩによる燃焼において、前記第１及び第２の点火プラグ10，12付近での燃焼が略同時に開始され、前記第１及び第２の点火プラグ10，12の電極間に生じるイオン電流の発生時期がｔ１＝ｔ２となる時の出力信号波形を示している。また、図２（ｃ）は前記内燃機関100に供給された混合気の空燃比を示すＡ／Ｆセンサ出力特性を示しており、図中の斜線部の領域とするリッチとなる空燃比を表している。このように、前記第１及び第２の点火プラグ10，12のイオン電流検出時期が略同一となると共に、Ａ／Ｆセンサ出力特性がリッチを示している時、燃料噴射が多い状態で前記シリンダ50内が高温となり、前記内燃機関100にノッキングが発生している（ノッキングが発生し易い状態である）と判定する。さらに、前記ＥＣＵ40は前記内燃機関100にノッキングが発生していると判定すると冷却制御手段を実行する。
【００３８】
また、前記冷却制御手段は前記シリンダ50内の圧縮比を下げる制御、前記インジェクタから噴射するガソリン量を減少して前記シリンダ50内の空燃比をストイキに近づける制御、前記シリンダ50内へのＥＧＲ量を減少させる制御、及び、前記シリンダ50内へ供給するＥＧＲの温度を低下させる制御であり、ノッキングの強度に応じて行う。さらに、図２（ａ）及び（ｂ）に示す出力信号波形のピーク値の位置の進角度合でノッキングの強度を識別している。即ち、出力信号波形のピーク位置が図中の矢印進角方向に進めばノッキングが強くなり、矢印遅角方向に戻ればノッキングが弱くなる。
【００３９】
また、前記冷却制御手段は前記ピストン52が下死点から上死点に向かう際に、前記可変バルブタイミング機構を用いて下死点より後に前記吸気バルブ62を閉じることで、前記シリンダ50内の圧縮比を下げる制御を行っている。さらに、前記冷却制御手段は前記吸気ポート60及び前記排気ポート70を中継して接続することで排気ガスを還流する外部ＥＧＲにおいて、ラジエター等の熱交換器による冷却機構を備え、エンジン冷却水の流動を制御することで、前記シリンダ50内へ供給するＥＧＲの温度を低下させる制御を行っている。
【００４０】
また、ＨＣＣＩによる着火においては少なからず火炎伝播が生じることがわかっており、前記第１及び第２の点火プラグ10，12の電極間に生じるイオン電流の発生時期がｔ１＝ｔ２となる時は、前記シリンダ50内が非常に燃えやすい高温状態であることが示されている。これに加えて、出力信号波形のピーク位置が図中の矢印進角方向に進めば前記シリンダ50内の温度がより高温となり、前記内燃機関100にノッキングが発生し易い状態となる。さらに、前記第１及び第２の点火プラグ10，12のイオン電流検出時期が略同一となる時とは、前記内燃機関100の前記クランクシャフト56の回転角が０．５°以内の回転となる間に前記第１及び第２の点火プラグ10，12のイオン電流が検出されるものとし、前記クランクシャフト56にクランク角センサ等を取り付けることで前記クランクシャフト56の回転角を検出している。
【００４１】
図３（ａ）及び（ｂ）は、前記内燃機関100のＨＣＣＩによる燃焼において、前記第１及び第２の点火プラグ10，12付近での燃焼が所望の差を有して開始され、前記第１及び第２の点火プラグ10，12の電極間に生じるイオン電流の発生時期が所望の間隔Ｐを有してｔ１＜ｔ２となる時の出力信号波形を示している。また、図３（ｃ）は前記内燃機関100に供給された混合気の空燃比を示すＡ／Ｆセンサ出力特性を示しており、図中の斜線部の領域とするリッチとなる空燃比を表している。このように、前記第１及び第２の点火プラグ10，12のイオン電流検出時期に所望の間隔Ｐの差を有していると共に、Ａ／Ｆセンサ出力特性がリッチを示している時、前記シリンダ50内の一部が着火し難い不安定な状態（前記シリンダ50内の一部が高温で着火し易い不安定な状態）と判定する。さらに、前記ＥＣＵ40は前記シリンダ50内の一部が着火し難い不安定な状態と判定するとアシスト制御手段を実行する。
【００４２】
また、前記アシスト制御手段は前記第２の点火プラグ12に接続された前記第２の点火コイル22からＨＣＣＩによる燃焼に最適な点火タイミングで補助点火を行う制御である。さらに、前記Ａ／Ｆセンサ42によって空燃比がリッチであると算出されているので、前記シリンダ50内の一部が着火し難い不安定な状態ではあるが、これ以上の燃焼噴射量の増加は行わない。
【００４３】
従って、図示しないが前記第１及び第２の点火プラグ10，12の電極間に生じるイオン電流の発生時期が所望の間隔を有してｔ１＞ｔ２となると共に、Ａ／Ｆセンサ出力特性がリッチを示している時も、前記シリンダ50内の一部が着火し難い不安定な状態（前記シリンダ50内の一部が高温で着火し易い不安定な状態）と判定し、前記アシスト制御手段を実行することは上記と同様である。さらに、前記第１及び第２の点火プラグ10，12のイオン電流検出時期の差とする所望の間隔Ｐは、前記内燃機関100の前記クランクシャフト56の回転角が１．５°以上の回転となる間に前記第１及び第２の点火プラグ10，12のイオン電流が検出されることで生じる間隔とする。
【００４４】
図４（ａ）及び（ｂ）は、前記内燃機関100のＨＣＣＩによる燃焼において、前記第１及び第２の点火プラグ10，12付近での燃焼が略同時に開始され、前記第１及び第２の点火プラグ10，12の電極間に生じるイオン電流の発生時期がｔ１＝ｔ２となる時の出力信号波形を示している。また図４（ｃ）は前記内燃機関100に供給された混合気の空燃比を示すＡ／Ｆセンサ出力特性を示しており、図中の斜線部の領域とするリーンとなる空燃比を表している。このように、前記第１及び第２の点火プラグ10，12のイオン電流検出時期が略同一となると共に、Ａ／Ｆセンサ出力特性がリーンを示している時、現況ではＨＣＣＩによる燃焼が正常に行われているが、ノッキングを引き起こす可能性がある不安定な燃焼状態であると判定する。さらに、前記ＥＣＵ40は前記内燃機関100がノッキングを引き起こす可能性がある不安定な燃焼状態であると判定されるとＥＧＲ増加制御手段を実行する。
【００４５】
また、前記ＥＧＲ増加制御手段は前記可変バルブタイミング機構によるオーバーラップ期間を短くする制御であり、このオーバーラップ期間が短くなる程、ＥＧＲ量が増加され、不安定な燃焼状態に応じてＥＧＲ量を調整する。さらに、図４（ａ）及び（ｂ）に示す出力信号波形の進角度合でノッキングを引き起こす可能性の高さを識別している。即ち、出力信号波形のピーク位置が図中の矢印進角方向に進めばノッキングが引き起こされる可能性が高くなり、矢印遅角方向に戻ればノッキングが引き起こされる可能性が低くなる。
【００４６】
また、前記第１及び第２の点火プラグ10，12のイオン電流検出時期が略同一となる時とは、前記内燃機関100の前記クランクシャフト56の回転角が０．５°以内の回転となる間に前記第１及び第２の点火プラグ10，12のイオン電流が検出されるものとすることは、上記図２と同一である。
【００４７】
図５（ａ）及び（ｂ）は、前記内燃機関100のＨＣＣＩによる燃焼において、前記第１及び第２の点火プラグ10，12付近での燃焼が所望の差を有して開始され、前記第１及び第２の点火プラグ10，12の電極間に生じるイオン電流の発生時期が所望の間隔Ｐを有してｔ１＜ｔ２となる時の出力信号波形を示している。また、図５（ｃ）は前記内燃機関100に供給された混合気の空燃比を示すＡ／Ｆセンサ出力特性を示しており、図中の斜線部の領域とするリーンとなる空燃比を表している。このように、前記第１及び第２の点火プラグ10，12のイオン電流検出時期に所望の間隔Ｐの差を有していると共に、Ａ／Ｆセンサ出力特性がリーンを示している時、現況ではＨＣＣＩによる燃焼が正常に行われているが、均一予混合圧縮着火による燃焼が一部着火し難い不安定な状態（内燃機関の一部が高温で着火し易い不安定な状態）に陥る可能性があると判定する。さらに、前記ＥＣＵ40は前記シリンダ50内の一部が着火し難い不安定な状態に陥る可能性があると判定すると、燃焼を安定させるための空燃比リッチ制御手段を実行する。
【００４８】
また、前記空燃比リッチ制御手段は前記インジェクタ42から噴射するガソリン量を増加して前記シリンダ50内の空燃比をリッチに近づける制御である。さらに、前記第１及び第２の点火プラグ10，12のイオン電流検出時期の差（所望の間隔Ｑ）の大きさで前記シリンダ50内の着火の不安定な程度がわかることから、前記第１及び第２の点火プラグ10，12のイオン電流検出時期の差（所望の間隔Ｑ）に応じて前記インジェクタ42から噴射するガソリン量の調整を行う。即ち、前記第１及び第２の点火プラグ10，12のイオン電流検出時期の差（所望の間隔Ｑ）が大きい程前記シリンダ50内の着火が不安定である。
【００４９】
従って、図示しないが前記第１及び第２の点火プラグ10，12の電極間に生じるイオン電流の発生時期が所望の間隔を有してｔ１＞ｔ２となる時、前記ＥＣＵ40は現況ではＨＣＣＩによる燃焼が正常に行われているが、前記内燃機関100の燃焼が一部着火し難い不安定な状態（内燃機関の一部が高温で着火し易い不安定な状態）に陥る可能性があると判定し前記空燃比リッチ制御手段を実行することは上記と同様である。
【００５０】
また、前記第１及び第２の点火プラグ10，12のイオン電流検出時期の差とする所望の間隔Ｑは、前記内燃機関100の前記クランクシャフト56の回転角が１．５°以上の回転となる間に前記第１及び第２の点火プラグ10，12のイオン電流が検出されることで生じる間隔とすることは、上記図３で説明した前記第１及び第２の点火プラグ10，12のイオン電流検出時期の差とする所望の間隔Ｐと同一である。
【００５１】
図６に示す前記内燃機関100の燃焼制御装置の動作は、前記ＥＣＵ40によって前記内燃機関100の燃焼がＨＣＣＩによるものか、ＳＩによるものかを判定し（Ｓ1）、Ｓ１で前記内燃機関100の燃焼がＨＣＣＩによるものであると判定された場合、前記Ａ／Ｆセンサ42は前記内燃機関100の燃焼による排気ガスから空燃比を算出し（Ｓ２）、前記第１及び第２のイオン電流検出装置30，32は、前記第１及び第２の点火プラグ10，12の電極間に発生するイオン電流から出力信号を検出し、前記ＥＣＵ40に供給する（Ｓ３）。また、前記ＥＣＵ40は、Ｓ２の算出結果から前記内燃機関100の燃焼がリッチな空燃比で行われたかの判定を行い（Ｓ４）、Ｓ４で前記内燃機関100の燃焼がリッチな空燃比で行われた場合、前記ＥＣＵ40は、Ｓ３で検出したイオン電流の出力信号において前記第１及び第２のイオン電流検出装置30，32における検出時期が略同一であるかの判定を行う（Ｓ５）。さらに、Ｓ５で前記第１及び第２のイオン電流検出装置30，32におけるイオン電流の出力信号の検出時期が略同一であると判定した場合、前記ＥＣＵ40は、前記内燃機関100にノッキングが発生している（ノッキングが発生し易い状態である）と判定し、前記冷却制御手段を実行する（Ｓ６）。
【００５２】
また、Ｓ５で前記第１及び第２のイオン電流検出装置30，32におけるイオン電流の出力信号の検出時期に差が生じると判定した場合、前記ＥＣＵ40は前記シリンダ50内の一部が着火し難い不安定な状態（前記シリンダ50内の一部が高温で着火し易い不安定な状態）と判定し、前記アシスト制御を実行する（Ｓ１１）。
【００５３】
また、Ｓ４で前記内燃機関100の燃焼による振動以外にノッキングが原因となる振動が重畳していない場合、前記ＥＣＵ40は、Ｓ３で検出したイオン電流の出力信号において前記第１及び第２のイオン電流検出装置30，32における検出時期が略同一であるかの判定を行う（Ｓ２１）。さらに、Ｓ２１で前記第１及び第２のイオン電流検出装置30，32におけるイオン電流の出力信号の検出時期が略同一であると判定した場合、前記ＥＣＵ40は、現況ではＨＣＣＩによる燃焼が正常に行われているが、前記内燃機関100がノッキングを引き起こす可能性がある不安定な燃焼状態であると判定し、前記ＥＧＲ増加制御手段を実行する（Ｓ２２）。
【００５４】
また、Ｓ２１で前記第１及び第２のイオン電流検出装置30，32におけるイオン電流の出力信号の検出時期に差が生じると判定した場合、前記ＥＣＵ40は、現況ではＨＣＣＩによる燃焼が正常に行われているが、前記シリンダ50内の一部が着火し難い不安定な状態に陥る可能性があると判定し、前記空燃比リッチ制御手段を実行する（Ｓ３１）。
【００５５】
上記構成により、前記第１及び第２の点火プラグ10，12のイオン電流検出時期が略同一となると共に、Ａ／Ｆセンサ出力特性がリッチを示している時、燃料噴射が多い状態で前記シリンダ50内が高温となり、前記内燃機関100にノッキングが発生している（ノッキングが発生し易い状態である）と判定し、前記冷却制御手段を実行することで、ノッキングが発生している可能性がある燃焼に対して、均一予混合圧縮着火による燃焼時の状態を詳細に識別し、燃焼状態に応じた燃焼制御を行うガソリンエンジンの燃焼制御装置が実現できる。
【００５６】
また、前記第１及び第２の点火プラグ10，12のイオン電流検出時期に所望の間隔Ｐの差を有していると共に、Ａ／Ｆセンサ出力特性がリッチを示している時、前記シリンダ50内の一部が着火し難い不安定な状態（前記シリンダ50内の一部が高温で着火し易い不安定な状態）と判定し、前記アシスト制御手段を実行することで、均一予混合圧縮着火による燃焼が一部着火し難い不安定な状態（内燃機関の一部が高温で着火し易い不安定な状態）であることを詳細に識別し、着火の安定性を向上させることができる。さらに、内燃機関の一部が着火し難い状態ではあるが、空燃比はリッチであるため、これ以上に燃料噴射量を増加させて燃焼状態を改善する制御が行われても燃焼状態が悪化するので、このような制御が行われることを防ぐことができる。
【００５７】
また、前記第１及び第２の点火プラグ10，12のイオン電流検出時期が略同一となると共に、Ａ／Ｆセンサ出力特性がリーンを示している時、現況ではＨＣＣＩによる燃焼が正常に行われているが、ノッキングを引き起こす可能性がある不安定な燃焼状態であると判定し、前記ＥＧＲ増加制御手段を実行することで、現況では均一予混合圧縮着火による燃焼が正常に行われていても、ノッキングを引き起こす可能性がある不安定な燃焼状態を判別し、着火の安定性を向上させることができる。さらに、内燃機関が高温となるノッキングを引き起こす可能性がある不安定な燃焼状態が、前記シリンダ内への供給が均一となる燃料噴射量を増加させて燃焼状態を改善する制御が行われても燃焼状態が悪化するので、このような制御が行われることを防ぐことができる。
【００５８】
また、前記第１及び第２の点火プラグ10，12のイオン電流検出時期に所望の間隔Ｐの差を有していると共に、Ａ／Ｆセンサ出力特性がリーンを示している時、現況ではＨＣＣＩによる燃焼が正常に行われているが、均一予混合圧縮着火による燃焼が一部着火し難い不安定な状態（内燃機関の一部が高温で着火し易い不安定な状態）に陥る可能性があると判定し、前記空燃比リッチ制御手段を実行し、現況では均一予混合圧縮着火による燃焼が正常に行われていても、均一予混合圧縮着火による燃焼が一部着火し難い不安定な状態（内燃機関の一部が高温で着火し易い不安定な状態）であることを詳細に識別し、着火の安定性を向上させることができる。さらに、内燃機関の一部が着火し難い状態ではあるが、前記シリンダ内への供給が非均一となるＥＧＲ量を増加させて燃焼状態を改善する制御が行われても燃焼状態が悪化するので、このような制御が行われることを防ぐことができる。
【００５９】
なお、実施例１の変形例として、前記第１及び第２の点火プラグ10，12に対して前記シリンダ50内に備える点火プラグを増加させて３つ以上の点火プラグからイオン電流を検出してＨＣＣＩ時の燃焼状態を判定してもよい。また、前記第２の点火プラグ12を２つの前記吸気バルブ62に挟まれるように配置したが、これに限らず、前記吸気及び排気バルブ62，72に挟まれるように配置する等、設計事情に応じて任意に配置してよい。さらに、前記内燃機関100の空燃比を算出する方法として、前記排気ポート70に備えられるＯ２センサを用いて前記排気ポート70中の酸素量から空燃比を算出してもよい。
【００６０】
また、ＨＣＣＩ時の前記第１及び第２のイオン電流検出装置30，32に必要なバイアス電源としてコンデンサの換わりにバッテリ電源を備える構成としてもよい。さらに、前記アシスト制御手段は、前記第１の点火プラグ10に接続された前記第１の点火コイル20からＨＣＣＩによる燃焼に最適な点火タイミングで補助点火を行う制御としてもよい。
【００６１】
また、前記内燃機関100のＨＣＣＩによる燃焼時のストイキとなる空燃比は、前記内燃機関100の設計仕様等によって適宜変更可能とされるものとする。さらに、前記ＥＣＵ40は、イオン電流の出力信号の発生時期から前記第１及び第２の点火プラグ10，12のイオン電流検出時期を比較したが、イオン電流の出力信号のピーク値の位相から前記第１及び第２の点火プラグ10，12のイオン電流出力信号の比較を行う構成としてもよい。
【００６２】
また、前記第１及び第２の点火プラグ10，12のイオン電流検出時期が略同一となる時とは、前記内燃機関100の前記クランクシャフト56の回転角が０．５°以内の回転となる間に前記第１及び第２の点火プラグ10，12のイオン電流が検出されるものとしたが、前記内燃機関100の仕様によって回転角は変更されるものとしてもよいし、前記第１及び第２の点火プラグ10，12のイオン電流検出時期の略同一となる時間差を前記内燃機関100の回転数に応じて作成したマップから略同一であるかを判断する構成としてもよい。さらに、記第１及び第２の点火プラグ10，12のイオン電流検出時期の差とする所望の間隔Ｐ及び所望の間隔Ｑは、前記内燃機関100の前記クランクシャフト56の回転角が１．５°以上の回転となる間に前記第１及び第２の点火プラグ10，12のイオン電流が検出されることで生じる間隔としたが、前記内燃機関100の仕様によって回転角は変更されるものとしてもよいし、前記第１及び第２の点火プラグ10，12のイオン電流検出時期の所望の時間差を前記内燃機関100の回転数に応じて作成したマップから所望の時間差を有しているかを判断する構成としてもよい。
【符号の説明】
【００６３】
10：第１の点火プラグ
12：第２の点火プラグ
20：第１の点火コイル
22：第２の点火コイル
30：第１のイオン電流検出装置（第１のイオン電流検出手段）
32：第２のイオン電流検出装置（第２のイオン電流検出手段）
40：ＥＣＵ（着火時期算出手段，燃焼状態判定手段）
42：空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）
44：インジェクタ
50：シリンダ
52：ピストン
54：クランク
56：クランクシャフト
60：吸気ポート
62：吸気バルブ
64：吸気カム
66：吸気カムシャフト
70：排気ポート
72：排気バルブ
74：排気カム
76：排気カムシャフト
100：ガソリンエンジン（内燃機関）
【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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