(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射弁から噴射された燃料の内燃機関における着火を制御する着火制御装置であって、
前記内燃機関の燃焼室において衝撃波を生成可能な衝撃波生成手段と、
前記衝撃波生成手段による衝撃波の生成を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記内燃機関の圧縮行程および膨張行程で少なくとも２回以上の衝撃波生成を行い、１回目に生成した衝撃波が前記燃焼室の内壁面に反射した後のタイミングで２回目の衝撃波生成を行うよう前記衝撃波生成手段を制御することを特徴とする着火制御装置。
【請求項２】
前記燃焼室の圧力または密度の少なくとも１つ以上と、前記燃焼室の温度とを検出または算出することで前記燃焼室の状態を判定可能な燃焼室状態判定手段と、
前記燃焼室状態判定手段により判定した前記燃焼室の状態において燃料を自己着火させることが可能な衝撃波の生成条件である衝撃波生成条件を導出可能な衝撃波生成条件導出手段と、をさらに備え、
前記制御手段は、前記衝撃波生成条件導出手段により導出した前記衝撃波生成条件に基づき衝撃波生成を行うよう前記衝撃波生成手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の着火制御装置。
【請求項３】
前記衝撃波生成手段による衝撃波の生成条件である衝撃波生成条件を決定する衝撃波生成条件決定手段と、
前記衝撃波生成条件決定手段により決定した前記衝撃波生成条件で衝撃波が生成された場合の前記燃焼室の状態に関し、燃料が自己着火可能な目標圧力または目標密度の少なくとも１つ以上と目標温度とからなる目標燃焼室状態を導出可能な目標燃焼室状態導出手段と、
前記燃焼室に導入される吸気の圧力または温度の少なくとも一方を調節可能な吸気調節手段と、をさらに備え、
前記制御手段は、前記燃焼室の状態が前記目標燃焼室状態導出手段により導出した前記目標燃焼室状態となるよう、吸気の圧力または温度を調節するよう前記吸気調節手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の着火制御装置。
【請求項４】
前記衝撃波生成手段は、空気噴射による衝撃波を生成可能な空気噴射手段であり、
前記制御手段は、前記内燃機関の吸気弁が閉弁した後、空気噴射を行うよう前記空気噴射手段を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の着火制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関における燃料の着火を制御する着火制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の燃焼室で衝撃波を生成することにより、燃料室における燃料の着火を制御する着火制御装置が知られている。例えば特許文献１に開示された着火制御装置では、燃料噴射弁から気体燃料を超音速で噴射することにより、燃焼室内に衝撃波を生成している。そして、衝撃波により生じる圧縮波領域（高温かつ高圧な領域）に点火源をもつ点火装置によって燃料に着火している。これにより、燃料の安定した燃焼を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３３０９１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の着火装置は、気体燃料を着火の対象としているため、ガソリンや軽油等の液体燃料の着火のために用いることができない。これは、液体燃料の場合、燃料噴射弁から超音速で噴射して衝撃波を生成することは難しいためであると考えられる。また、特許文献１の着火装置では、気体燃料の完全燃焼が実現できない場合、未燃ＨＣ（炭化水素）として排出されるおそれがある。
【０００５】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、噴射される燃料の種別に関係なく未燃ＨＣを低減可能な着火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】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、燃料噴射弁から噴射された燃料の内燃機関における着火を制御する着火制御装置であって、衝撃波生成手段と制御手段とを備えている。衝撃波生成手段は、内燃機関の燃焼室において衝撃波を生成可能である。ここで、衝撃波生成手段としては、空気等の気体を超音速で噴射することにより衝撃波を生成するガス噴射手段、あるいは、レーザー光を集光することでプラズマを生じさせることにより衝撃波を生成するレーザー光発生手段等が考えられる。制御手段は、衝撃波生成手段による衝撃波の生成を制御する。
【０００７】
内燃機関の運転状態等によっては、燃料の通常の着火（膨張行程を開始させる着火。例えばディーゼルエンジンの場合、高温高圧環境への燃料噴射による自己着火。ガソリンエンジンの場合、点火手段による着火。）後、燃焼室内に燃料の燃え残り（未燃ＨＣ）が生じることがある。本発明では、例えば燃料の通常の着火後、衝撃波生成手段により衝撃波を生成することにより、燃焼室内に高温高圧場を形成することで、未燃ＨＣを燃焼させることができる。その結果、内燃機関から排出される未燃ＨＣを低減することができる。また、２回以上の衝撃波の生成を行った場合、未燃ＨＣをより低減することができる。もちろん、燃料の通常の着火後に限らず、通常の着火と同じタイミングまたは直前等に衝撃波を生成してもよい。この場合、燃焼室内に燃料が着火し易い環境を形成することにより、通常の着火を確実なものとすることができる。
また、本発明では、燃料噴射弁とは別の手段である衝撃波生成手段によって衝撃波を生成する構成のため、燃料噴射弁から噴射される燃料が気体燃料または液体燃料のいずれであっても、衝撃波を生成することができる。よって、本発明では、噴射される燃料の種別に関係なく、内燃機関から排出される未燃ＨＣを低減することができる。
【０００９】
また、請求項１に記載の発明では、制御手段は、内燃機関の圧縮行程および膨張行程で少なくとも２回以上の衝撃波生成を行い、１回目に生成した衝撃波が燃焼室の内壁面に反射した後のタイミングで２回目の衝撃波生成を行うよう衝撃波生成手段を制御する。これにより、１回目の衝撃波の反射波と２回目の衝撃波の入射波とが干渉することで、干渉箇所に高温高圧場が形成され、当該箇所の未燃ＨＣが燃焼する。このように、本発明では、２回目の衝撃波の生成のタイミングを調節することにより、燃焼室内の任意の箇所の未燃ＨＣを燃焼させることができる。したがって、内燃機関から排出される未燃ＨＣをより低減することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、燃焼室状態判定手段と衝撃波生成条件導出手段とをさらに備えている。燃焼室状態判定手段は、燃焼室の圧力または密度の少なくとも１つ以上と、燃焼室の温度とを検出または算出することで燃焼室の状態を判定可能である。衝撃波生成条件導出手段は、燃焼室状態判定手段により判定した燃焼室の状態において燃料を自己着火させることが可能な衝撃波の生成条件である衝撃波生成条件を導出可能である。そして、本発明では、制御手段は、衝撃波生成条件導出手段により導出した衝撃波生成条件に基づき衝撃波生成を行うよう衝撃波生成手段を制御する。
【００１１】
本発明では、判定した燃焼室の状態に基づき、燃料を自己着火させることが可能な衝撃波生成条件を導出し、導出した衝撃波生成条件で衝撃波の生成を行う。そのため、衝撃波による燃料の自己着火を確実なものとすることができる。したがって、内燃機関から排出される未燃ＨＣをより低減することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、衝撃波生成条件決定手段と目標燃焼室状態導出手段と吸気調節手段とをさらに備えている。衝撃波生成条件決定手段は、衝撃波生成手段による衝撃波の生成条件である衝撃波生成条件を決定する。目標燃焼室状態導出手段は、衝撃波生成条件決定手段により決定した衝撃波生成条件で衝撃波が生成された場合の燃焼室の状態に関し、燃料が自己着火可能な目標圧力または目標密度の少なくとも１つ以上と目標温度とからなる目標燃焼室状態を導出可能である。吸気調節手段は、燃焼室に導入される吸気の圧力または温度の少なくとも一方を調節可能である。そして、本発明では、制御手段は、燃焼室の状態が目標燃焼室状態導出手段により導出した目標燃焼室状態となるよう、吸気の圧力または温度を調節するよう吸気調節手段を制御する。
【００１３】
本発明では、決定した衝撃波生成条件に基づき、燃料が自己着火可能な目標燃焼室状態を導出し、導出した目標燃焼室状態となるよう燃焼室の状態を調節する。そのため、衝撃波による燃料の自己着火を確実なものとすることができる。したがって、内燃機関から排出される未燃ＨＣをより低減することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明では、衝撃波生成手段は、空気噴射による衝撃波を生成可能な空気噴射手段である。そして、本発明では、制御手段は、内燃機関の吸気弁が閉弁した後、空気噴射を行うよう空気噴射手段を制御する。
【００１５】
本発明では、空気噴射手段によって空気噴射を行うことにより、通常の吸気量以上の空気を燃焼室に導入することができる。よって、衝撃波により未燃ＨＣを低減しつつ、燃焼室への空気の導入によりスモークを低減することができる。なお、過給器を搭載する内燃機関に本発明を適用する場合、過給器で過給可能な空気量以上の空気を燃焼室に導入することができる。また、過給器を搭載しない内燃機関であっても、過給器によりもたらされる効果（出力向上およびスモーク低減等）を期待することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態による着火制御装置、および、それを適用した内燃機関を示す概略図。
【図２】本発明の第１実施形態の着火制御装置による衝撃波生成手段の制御に関する処理フローを示す図。
【図３】内燃機関の回転数とトルクと未燃ＨＣの排出量との関係を示すマップ。
【図４】（Ａ）は内燃機関の回転数とトルクと衝撃波の生成回数との関係を示すマップ、（Ｂ）は内燃機関の回転数とトルクと衝撃波の生成タイミングとの関係を示すマップ。
【図５】燃焼室の温度と圧力または密度と衝撃波生成条件との関係を示すマップ。
【図６】衝撃波生成条件と燃焼室の状態と衝撃波による着火との関係を示すマップ。
【図７】衝撃波による未燃ＨＣの着火を示す図であって、（Ａ）は入射衝撃波による着火を示す図、（Ｂ）は反射衝撃波による着火を示す図、（Ｃ）は反射衝撃波と入射衝撃波との干渉による着火を示す図。
【図８】衝撃波のマッハ数と衝撃波の背後の温度または圧力との関係を示す図。
【図９】内燃機関の回転数とトルクとスモークの排出量との関係を示す図。
【図１０】本発明の第２実施形態の着火制御装置による衝撃波生成手段の制御に関する処理フローを示す図。
【図１１】燃焼室における衝撃波生成前後の燃焼室の状態を示す図。
【図１２】本発明の第２実施形態の着火制御装置作動時のクランク角の変化に伴う燃焼室の圧力の変化を示す図。
【図１３】本発明の第３実施形態の着火制御装置による衝撃波生成手段の制御に関する処理フローを示す図。
【図１４】衝撃波生成条件と目標の燃焼室状態との関係を示すマップ。
【図１５】本発明の第４実施形態の着火制御装置による衝撃波生成手段の制御に関する処理フローを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の複数の実施形態を図に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において、実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による着火制御装置、および、それを適用した内燃機関（以下、「エンジン」という。）を図１に示す。
【００１８】
着火制御装置１は、例えば車両に搭載されるエンジン１０に適用される。エンジン１０は、例えば軽油を燃料とするディーゼルエンジンであり、シリンダブロック２０、シリンダヘッド３０、ピストン４１、コンロッド４２、吸気弁５１、排気弁５２および燃料噴射弁６０等を有している。
シリンダブロック２０は、例えば鋳鉄またはアルミ等の金属により形成されている。シリンダブロック２０は、中空円筒状のシリンダ（気筒）２１を４つ有している。つまり、エンジン１０は４気筒エンジンである。
【００１９】
シリンダヘッド３０は、シリンダブロック２０と同様、例えば鋳鉄またはアルミ等の金属により形成されている。シリンダヘッド３０は、シリンダブロック２０の４つのシリンダ２１の開口部を塞ぐようにして設けられている。
ピストン４１は、例えば鋳鉄またはアルミ等の金属により中実円筒状に形成されている。ピストン４１は、シリンダ２１の内側に軸方向に往復移動可能に設けられている。
【００２０】
コンロッド４２は、例えば炭素鋼やニッケルクローム鋼、クロームモリブデン鋼等の金属により棒状に形成されている。コンロッド４２は、一端がピストン４１のシリンダヘッド３０とは反対側に接続されている。コンロッド４２の他端は、図示しないクランクシャフトに接続されている。これにより、ピストン４１のシリンダ２１内での往復運動は、クランクシャフトの回転運動に変換される。
【００２１】
上記構成により、シリンダヘッド３０とシリンダ２１の内壁とピストン４１の端面との間に容積可変の燃焼室１１が形成されている。シリンダヘッド３０には、４つの燃焼室１１のそれぞれに接続するインテークポート３１およびエキゾーストポート３２が形成されている。すなわち、インテークポート３１およびエキゾーストポート３２は４つずつ形成されている。
【００２２】
吸気弁５１は、インテークポート３１と燃焼室１１との接続部に往復移動可能に設けられている。これにより、吸気弁５１は、インテークポート３１の燃焼室１１側の端部を開閉可能である。排気弁５２は、エキゾーストポート３２と燃焼室１１との接続部に往復移動可能に設けられている。これにより、排気弁５２は、エキゾーストポート３２の燃焼室１１側の端部を開閉可能である。
【００２３】
燃料噴射弁６０は、噴孔６１が燃焼室１１に露出するようシリンダヘッド３０に設けられている。燃料噴射弁６０は、４つの燃焼室１１のそれぞれに対応するよう４つ設けられている。燃料噴射弁６０は、図示しない電磁駆動部を駆動させることにより、燃料としての軽油を噴孔６１から燃焼室１１内へ噴霧状に噴射可能である。つまり、エンジン１０は直噴式の内燃機関である。
【００２４】
燃料噴射弁６０には、電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という。）７０が接続されている。ＥＣＵ７０は、演算手段としてのＣＰＵ、記憶手段としてのＲＯＭ、ＲＡＭおよびＥＥＰＲＯＭ等、ならびに、入出力手段等を有する小型のコンピュータである。ＥＣＵ７０は、車両の各部に設けられた各種センサからの信号等に基づき、ＲＯＭ等に記憶されたプログラムに従い車両に搭載された各種機器および装置の駆動を制御する。
【００２５】
本実施形態では、エンジン１０にクランクポジションセンサ８１および圧力センサ８２が設けられている。
クランクポジションセンサ８１は、図示しないクランクシャフトのタイミングロータに対向するようエンジン１０に取り付けられている。クランクポジションセンサ８１は、クランクシャフトの回転角に応じた信号をＥＣＵ７０に出力する。これにより、ＥＣＵ７０は、クランクシャフトの回転位置（クランク位置）およびクランクシャフトの回転数（エンジン１１の回転数）を検出することができる。
【００２６】
圧力センサ８２は、シリンダブロック２０とシリンダヘッド３０との間に設けられている。圧力センサ８２は、４つの燃焼室１１のそれぞれに対応するよう４つ設けられている。圧力センサ８２の検出部は、燃焼室１１に露出している。これにより、圧力センサ８２は、燃焼室１１の圧力を検出可能である。圧力センサ８２は、検出した圧力に応じた信号をＥＣＵ７０に出力する。これにより、ＥＣＵ７０は、燃焼室１１の圧力を検出することができる。
【００２７】
ＥＣＵ７０は、燃料噴射弁６０の電磁駆動部に供給する電力を調節することで、任意のタイミングおよびインターバルで電磁駆動部を駆動することができる。これにより、ＥＣＵ７０は、任意のタイミングおよびインターバルで任意の量の燃料が噴射されるよう燃料噴射弁６０を制御することができる。
ＥＣＵ７０は、クランクポジションセンサ８１、圧力センサ８２、および、その他センサからの信号等に基づき、エンジン１１の運転状態を推定する。そして、推定した運転状態等に基づき目標燃料量を算出し、算出した目標燃料量の燃料が燃料噴射弁６０から噴射されるよう燃料噴射弁６０の電磁駆動部を制御する。
【００２８】
エンジン１０は、一般的な４サイクルレシプロエンジンである。以下、エンジン１０の通常運転時の各行程（吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程）における燃焼室１１の状態、ならびに、燃料噴射弁６０およびＥＣＵ７０の作動等を説明する。
吸気行程では、吸気弁５１が開弁し排気弁５２が閉弁した状態でピストン４１が上死点（ＴＤＣ）から下死点（ＢＤＣ）に向かう。これにより、図示しない吸気管およびインテークポート３１を経由して車両外部の空気が燃焼室１１に導入される。
【００２９】
圧縮行程では、吸気弁５１および排気弁５２が閉弁した状態でピストン４１が下死点から上死点に向かう。これにより、燃焼室１１の容積が減少することで燃焼室１１の空気が圧縮され、燃焼室１１は高温高圧環境となる。
圧縮行程の終期、ピストン４１が上死点近傍に到達すると、ＥＣＵ７０は、エンジン１０の運転状態等に基づき算出した量の燃料を燃料噴射弁６０から噴射する。高温高圧環境の燃焼室１１に噴射された燃料は、自己着火し、膨張行程が開始される。本実施形態では、以下、適宜、上述の自己着火を「通常の着火」という。
【００３０】
膨張行程では、燃焼室１１での燃料の燃焼により、燃焼室１１内で燃焼ガスが膨張することで燃焼室１１の容積が増大する。このとき、ピストン４１は上死点から下死点に向かう。
排気行程では、排気弁５２が開弁し吸気弁５１が閉弁した状態でピストン４１が下死点から上死点に向かう。これにより、エキゾーストポート３２および図示しない排気管を経由して燃焼室１１内の燃焼ガスが車両外部に排出される。
【００３１】
エンジン１０の運転状態等によっては、燃料の通常の着火（膨張行程を開始させる着火）後、燃焼室１１内に燃料の燃え残り（未燃ＨＣ）が生じることがある。燃焼室１１内に未燃ＨＣが生じると、未燃ＨＣが燃焼ガスとともに車両外部に排出されるおそれがある。
本実施形態では、着火制御装置１は、特に、上述の未燃ＨＣを低減することを目的として、エンジン１０に適用される。
【００３２】
着火制御装置１は、空気噴射弁９０等を備えている。
空気噴射弁９０は、噴孔９１が燃焼室１１に露出するようシリンダヘッド３０に設けられている。空気噴射弁９０は、４つの燃焼室１１のそれぞれに対応するよう４つ設けられている。空気噴射弁９０は、図示しない電磁駆動部を駆動させることにより、噴孔９１から空気を超音速で噴射可能である。これにより、燃焼室１１内に衝撃波を生成することができる。ここで、空気噴射弁９０は、特許請求の範囲における「衝撃波生成手段」および「空気噴射手段」に対応する。
【００３３】
空気噴射弁９０には、ＥＣＵ７０が接続されている。ＥＣＵ７０は、空気噴射弁９０の電磁駆動部に供給する電力を調節することで、任意のタイミングおよびインターバルで電磁駆動部を駆動することができる。これにより、ＥＣＵ７０は、任意のタイミングおよびインターバルで任意の圧力および量の空気が噴射されるよう空気噴射弁９０を制御することができる。つまり、ＥＣＵ７０は、任意のタイミングおよびインターバルで任意の強さの衝撃波が生成されるよう空気噴射弁９０を制御することができる。すなわち、ＥＣＵ７０は、空気噴射弁９０による衝撃波の生成を制御することができる。ここで、ＥＣＵ７０は、特許請求の範囲における「制御手段」に対応する。よって、ＥＣＵ７０も着火制御装置１の構成要素の１つである。
【００３４】
次に、ＥＣＵ７０による空気噴射弁９０の駆動制御に関する処理について図２に基づき説明する。
図２に示す一連の処理Ｓ１００は、例えば燃料噴射弁６０から燃料が噴射されて所定の時間が経過した後（通常の着火後）、開始される。
Ｓ１０１では、ＥＣＵ７０は、クランクポジションセンサ８１からの信号に基づきエンジン１０の回転数を検出する。その後、処理はＳ１０２へ移行する。
【００３５】
Ｓ１０２では、ＥＣＵ７０は、この時点における運転状態のエンジン１０の燃焼室１１から排出され得る未燃ＨＣがクライテリア以上か否かを判定する。ここで、クライテリアとは、例えば未燃ＨＣの排出に関する規制値等である。
具体的には、ＥＣＵ７０は、まず、燃料噴射弁６０から噴射した燃料の量（燃料噴射量）および吸気量等に基づきエンジン１０から出力されるトルクを算出する。そして、算出したトルクとＳ１０１で検出したエンジン１０の回転数とに基づき、燃焼室１１から排出され得る未燃ＨＣの量を算出する。そして、算出した未燃ＨＣの量と図３に示すマップとに基づき、燃焼室１１から排出され得る未燃ＨＣの量がクライテリア以上か否かを判定する。
ＥＣＵ７０が燃焼室１１から排出され得る未燃ＨＣの量はクライテリア以上であると判定した場合（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、処理はＳ１０３へ移行する。一方、クライテリア以上ではない（クライテリア未満である）と判定した場合（Ｓ１０２：ＮＯ）、処理は一連の処理Ｓ１００を抜ける。
【００３６】
Ｓ１０３では、ＥＣＵ７０は、衝撃波の生成回数ｎおよび衝撃波の生成タイミングＴ（ｎ）を決定する。具体的には、ＥＣＵ７０は、Ｓ１０２で算出したトルクとＳ１０１で検出したエンジン１０の回転数と図４（Ａ）に示すマップとに基づき、衝撃波の生成回数ｎを決定する。図４（Ａ）に示すように、トルクが小さいほど生成回数ｎは多くなる。また、ＥＣＵ７０は、Ｓ１０２で算出したトルクとＳ１０１で検出したエンジン１０の回転数と図４（Ｂ）に示すマップとに基づき、衝撃波の生成タイミングＴ（ｎ）を決定する。図４（Ｂ）に示すように、衝撃波の生成回数ｎに応じた数の生成タイミングＴ（ｎ）がマップに記憶されている。
ＥＣＵ７０が衝撃波の生成回数ｎおよび衝撃波の生成タイミングＴ（ｎ）を決定すると、処理はＳ１０４へ移行する。
【００３７】
Ｓ１０４では、ＥＣＵ７０は、Ｎに１を代入しＲＡＭに記憶する。その後、処理はＳ１０５へ移行する。
Ｓ１０５では、ＥＣＵ７０は、Ｔ（Ｎ）での燃焼室１１の状態を判定する。具体的には、ＥＣＵ７０は、燃焼室１１の圧力または密度の少なくとも１つ以上と、燃焼室１１の温度とを検出または算出することで燃焼室１１の状態を判定する。より具体的には、本実施形態では、ＥＣＵ７０は、圧力センサ８２からの信号に基づき燃料室１１の圧力を検出し、例えば吸気量、クランク位置および燃料噴射量等に基づき燃焼室１１での発熱量を算出し燃焼室１１の温度を算出することで燃焼室１１の状態を判定する。ここで、ＥＣＵ７０は、特許請求の範囲における「燃焼室状態判定手段」として機能する。
ＥＣＵ７０が燃焼室１１の状態を判定すると、処理はＳ１０６へ移行する。
【００３８】
Ｓ１０６では、ＥＣＵ７０は、衝撃波生成条件を導出する。具体的には、ＥＣＵ７０は、Ｓ１０５で判定した燃焼室１１の状態（圧力および温度）と図５に示すマップとに基づき、衝撃波生成条件を導出する。ここで、衝撃波生成条件とは、Ｓ１０５で判定した燃焼室１１の状態において燃料を自己着火させることが可能な衝撃波の生成条件である。図５に示すように、温度が高いほど、圧力または密度が高いほど、衝撃波生成条件は大きく導出される。ここで、ＥＣＵ７０は、特許請求の範囲における「衝撃波生成条件導出手段」として機能する。
ＥＣＵ７０が衝撃波生成条件を導出すると、処理はＳ１０７へ移行する。
【００３９】
Ｓ１０７では、ＥＣＵ７０は、Ｓ１０６で導出した衝撃波生成条件で空気噴射弁９０の駆動を制御する。これにより、空気噴射弁９０の噴孔９１から空気が超音速で噴射され、衝撃波が生成される。空気噴射弁９０から生じた衝撃波は、燃焼室１１内を伝播する。燃焼室１１内を衝撃波が伝播することにより、燃焼室１１に高温高圧場が形成される。これにより、燃焼室１１内の未燃ＨＣが自己着火し燃焼する。当該未燃ＨＣの自己着火については、後に詳述する。
ＥＣＵ７０が空気噴射弁９０を制御することで衝撃波を生成すると、処理はＳ１０８へ移行する。
Ｓ１０８では、ＥＣＵ７０は、ＮにＮ＋１を代入しＲＡＭに記憶する。その後、処理はＳ１０９へ移行する。
【００４０】
Ｓ１０９では、ＥＣＵ７０は、衝撃波を生成した回数が、Ｓ１０３で決定した生成回数ｎ以下か否かを判定する。すなわち、Ｎ≦ｎか否かを判定する。衝撃波を生成した回数は、Ｓ１０３で決定した生成回数ｎ以下（Ｎ≦ｎ）であると判定した場合（Ｓ１０９：ＹＥＳ）、処理はＳ１０５へ戻る。一方、衝撃波を生成した回数は、Ｓ１０３で決定した生成回数ｎ以下（Ｎ≦ｎ）ではないと判定した場合（Ｓ１０９：ＮＯ）、処理は一連の処理Ｓ１００を抜ける。
【００４１】
このように、本実施形態では、ＥＣＵ７０は、Ｓ１００を実行することにより、Ｓ１０２で燃焼室１１から排出され得る未燃ＨＣはクライテリア以上であると判定した場合、空気噴射弁９０により燃焼室１１内に衝撃波を少なくとも１回生成する。これにより、燃焼室１１内の未燃ＨＣを燃焼させることができ、エンジン１０（燃焼室１１）から排出される未燃ＨＣを低減することができる。なお、Ｓ１００で参照する各マップは、例えばＥＣＵ７０のＲＯＭまたはＥＥＰＲＯＭ等に記憶されている。
【００４２】
次に、Ｓ１０７以降に生じる、燃焼室１１内の未燃ＨＣの自己着火について図６および７に基づき説明する。
本実施形態では、ＥＣＵ７０は、Ｓ１０５で判定した燃焼室１１の状態とＳ１０６で導出した衝撃波生成条件と図６に示すマップとに基づき、Ｓ１０７において空気噴射弁９０により生成すべき衝撃波の強さを決定する。図６に示すように、燃焼室１１の状態（温度、圧力または密度の高低）と衝撃波生成条件とに基づき、４つの領域のいずれかが判定される。
【００４３】
具体的には、図６に示すマップにおいて「入射衝撃波による着火領域」と判定された場合、空気噴射弁９０により生成すべき衝撃波の強さを所定の強さに設定（決定）する。ここで、所定の強さとは、空気噴射弁９０から入射した衝撃波（入射衝撃波）によって燃料が着火可能な程度の強さである。例えばＳ１０７において、この強さで衝撃波の生成を行った場合、図７（Ａ）に示すように、入射衝撃波が通過した箇所（衝撃波の背後）の未燃ＨＣが自己着火する。この設定は、特にシリンダヘッド３０の近傍に存在する未燃ＨＣを燃焼させるのに好適である。
【００４４】
また、図６に示すマップにおいて「反射衝撃波による着火領域」と判定された場合、空気噴射弁９０により生成すべき衝撃波の強さを、「入射衝撃波による着火領域」と判定された場合の衝撃波の強さよりも弱い所定の強さに設定（決定）する。ここで、所定の強さとは、空気噴射弁９０から入射しピストン４１の端面（燃焼室１１の内壁面）で反射した衝撃波（反射衝撃波）によって燃料が着火可能な程度の強さである。例えばＳ１０７において、この強さで衝撃波の生成を行った場合、図７（Ｂ）に示すように、反射衝撃波が通過した箇所（衝撃波の背後）の未燃ＨＣが自己着火する。つまり、入射衝撃波によってある程度温度および圧力が上昇した環境を再び衝撃波（反射衝撃波）が通過することで、未燃ＨＣが着火可能な高温高圧場が形成されるのである。この設定は、特にピストン４１の近傍に存在する未燃ＨＣを燃焼させるのに好適である。
【００４５】
また、図６に示すマップにおいて「衝撃波の干渉による着火領域」と判定された場合、空気噴射弁９０により生成すべき衝撃波の強さを、「反射衝撃波による着火領域」と判定された場合の衝撃波の強さよりも弱い所定の強さに設定（決定）する。ここで、所定の強さとは、空気噴射弁９０から１回目に入射しピストン４１の端面（燃焼室１１の内壁面）で反射した衝撃波（反射衝撃波）と空気噴射弁９０から２回目に入射した衝撃波（入射衝撃波）とが干渉することによって燃料が着火可能な程度の強さである。例えばＳ１０７において、この強さで衝撃波の生成を２回行った場合（１回目に生成した衝撃波がピストン４１の端面（燃焼室１１の内壁面）に反射した後のタイミングで２回目の衝撃波を生成した場合）、図７（Ｃ）に示すように、１回目の反射衝撃波と２回目の入射衝撃波とが干渉した箇所の未燃ＨＣが自己着火する。つまり、１回目の反射衝撃波と２回目の入射衝撃波との干渉により、未燃ＨＣが着火可能な高温高圧場が形成されるのである。この設定では、２回目の衝撃波の生成タイミングを調節することにより、燃焼室１１内の任意の箇所の未燃ＨＣを燃焼させることができる。
なお、図６に示すマップにおいて「着火不可領域」と判定された場合は、Ｓ１０７において空気噴射弁９０による衝撃波の生成を行わない。
【００４６】
本実施形態では、空気噴射弁９０により、例えばマッハ数が１．５程度の衝撃波を生成可能である。これにより、燃焼室１１において衝撃波の背後の温度および圧力を所定の高さ以上にすることができる（図８参照）。その結果、燃料噴射弁６０の噴孔６１に付着したデポジットを剥離させることができる。
【００４７】
また、本実施形態では、吸気弁５１（および排気弁５２）が閉弁した後、空気噴射弁９０から空気を噴射することにより、通常の吸気量以上の空気を燃焼室１１に導入することができる。これにより、エンジン１０から排出されるスモークを低減することができるとともに、エンジン１０の出力を向上することができる。なお、空気噴射弁９０から空気を噴射するかしないかは、例えば図９に示すマップに基づき判断する。この例では、エンジン１０の回転数およびトルクが大きいときほどスモークが多くなるため、過給クライテリア以上の場合、空気噴射弁９０から空気噴射を行う。
【００４８】
以上説明したように、本実施形態では、ＥＣＵ７０は、エンジン１０の圧縮行程および膨張行程で少なくとも１回以上の衝撃波生成を行うよう空気噴射弁９０を制御する。
エンジン１０の運転状態等によっては、燃料の通常の着火（膨張行程を開始させる着火）後、燃焼室１１内に燃料の燃え残り（未燃ＨＣ）が生じることがある。本実施形態では、燃料の通常の着火後、空気噴射弁９０により衝撃波を生成することにより、燃焼室１１内に高温高圧場を形成することで、未燃ＨＣを燃焼させることができる。その結果、エンジン１０から排出される未燃ＨＣを低減することができる。また、２回以上の衝撃波の生成を行った場合、未燃ＨＣをより低減することができる。
【００４９】
また、本実施形態では、燃料噴射弁６０とは別の手段である空気噴射弁９０によって衝撃波を生成する構成のため、燃料噴射弁６０から噴射される燃料が気体燃料または液体燃料のいずれであっても（本実施形態では、軽油等の液体燃料）、衝撃波を生成することができる。よって、本実施形態では、噴射される燃料の種別に関係なく、エンジン１０から排出される未燃ＨＣを低減することができる。
【００５０】
また、本実施形態では、ＥＣＵ７０は、燃焼室１１内の未燃ＨＣの存在箇所等に応じて、エンジン１０の圧縮行程および膨張行程で少なくとも２回以上の衝撃波生成を行い、１回目に生成した衝撃波が燃焼室１１の内壁面（ピストン４１の端面）に反射した後のタイミングで２回目の衝撃波生成を行うよう空気噴射弁９０を制御する。これにより、１回目の衝撃波の反射波と２回目の衝撃波の入射波とが干渉することで、干渉箇所に高温高圧場が形成され、当該箇所の未燃ＨＣが燃焼する。このように、本実施形態では、２回目の衝撃波の生成のタイミングを調節することにより、燃焼室１１内の任意の箇所の未燃ＨＣを燃焼させることができる。したがって、エンジン１０から排出される未燃ＨＣをより低減することができる。
【００５１】
また、本実施形態では、ＥＣＵ７０は、燃焼室状態判定手段として機能することにより、燃焼室１１の圧力または密度の少なくとも１つ以上と、燃焼室１１の温度とを検出または算出することで燃焼室１１の状態を判定可能である。また、ＥＣＵ７０は、衝撃波生成条件導出手段として機能することにより、燃焼室状態判定手段により判定した燃焼室１１の状態において燃料を自己着火させることが可能な衝撃波の生成条件である衝撃波生成条件を導出可能である。そして、ＥＣＵ７０は、衝撃波生成条件導出手段により導出した衝撃波生成条件に基づき衝撃波生成を行うよう空気噴射弁９０を制御する。
【００５２】
本実施形態では、判定した燃焼室１１の状態に基づき、燃料を自己着火させることが可能な衝撃波生成条件を導出し、導出した衝撃波生成条件で衝撃波の生成を行う。そのため、衝撃波による燃料の自己着火を確実なものとすることができる。したがって、エンジン１０から排出される未燃ＨＣをより低減することができる。
【００５３】
また、本実施形態では、空気噴射弁９０は、空気噴射による衝撃波を生成可能な空気噴射手段である。そして、本実施形態では、ＥＣＵ７０は、エンジン１０の吸気弁５１が閉弁した後、空気噴射を行うよう空気噴射弁９０を制御する。
【００５４】
本実施形態では、空気噴射弁９０によって空気噴射を行うことにより、通常の吸気量以上の空気を燃焼室１１に導入することができる。よって、衝撃波により未燃ＨＣを低減しつつ、燃焼室１１への空気の導入によりスモークを低減することができる。また、本実施形態では、車両に過給器は搭載されていないが、空気噴射弁９０を上述のように制御することによって、過給器によりもたらされる効果（出力向上およびスモーク低減等）を期待することができる。
【００５５】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による着火制御装置について図１０〜１２に基づき説明する。第２実施形態は、物理的な構成は第１実施形態と同様であるものの、ＥＣＵ７０による空気噴射弁９０の駆動制御に関する処理が第１実施形態と異なる。
【００５６】
以下、第２実施形態のＥＣＵ７０による空気噴射弁９０の駆動制御に関する処理について図１０に基づき説明する。
図１０に示す一連の処理Ｓ２００は、例えば燃料噴射弁６０から燃料が噴射されて所定の時間が経過した後（通常の着火後）、開始される。
Ｓ２０１では、ＥＣＵ７０は、クランクポジションセンサ８１からの信号に基づきエンジン１０の回転数を検出する。その後、処理はＳ２０２へ移行する。
【００５７】
Ｓ２０２では、ＥＣＵ７０は、この時点における運転状態のエンジン１０の燃焼室１１から排出され得る未燃ＨＣがクライテリア以上か否かを判定する。ここでの処理は、第１実施形態のＳ１０２と同様のため、詳細な説明を省略する。
ＥＣＵ７０が燃焼室１１から排出され得る未燃ＨＣの量はクライテリア以上であると判定した場合（Ｓ２０２：ＹＥＳ）、処理はＳ２０３へ移行する。一方、クライテリア以上ではない（クライテリア未満である）と判定した場合（Ｓ２０２：ＮＯ）、処理は一連の処理Ｓ２００を抜ける。
【００５８】
Ｓ２０３では、ＥＣＵ７０は、１回目の衝撃波の生成タイミングを決定する。具体的には、ＥＣＵ７０は、衝撃波の生成タイミングが記憶されたマップに基づき、１回目の衝撃波の生成タイミングを決定する。前記マップとしては、例えば図４（Ｂ）に示すマップから、２回目以降の生成タイミングの情報を除いた（１回目の生成タイミングのみ記憶された）マップを考えることができる。
ＥＣＵ７０が１回目の衝撃波の生成タイミングを決定すると、処理はＳ２０４へ移行する。
【００５９】
Ｓ２０４では、ＥＣＵ７０は、燃焼室１１の状態を判定する。ここでの処理は、第１実施形態のＳ１０５と同様のため、詳細な説明を省略する。
ＥＣＵ７０が燃焼室１１の状態を判定すると、処理はＳ２０５へ移行する。
Ｓ２０５では、ＥＣＵ７０は、衝撃波生成条件を導出する。ここでの処理は、第１実施形態のＳ１０６と同様のため、詳細な説明を省略する。
ＥＣＵ７０が衝撃波生成条件を導出すると、処理はＳ２０６へ移行する。
【００６０】
Ｓ２０６では、ＥＣＵ７０は、この時点における燃焼室１１の状態に関し温度、圧力または密度の１つ以上を検出または算出する。本実施形態では、圧力センサ８２からの信号に基づき燃料室１１の圧力を検出する。その後、処理はＳ２０７へ移行する。
【００６１】
Ｓ２０７では、ＥＣＵ７０は、Ｓ２０５で導出した衝撃波生成条件で空気噴射弁９０の駆動を制御する。これにより、空気噴射弁９０の噴孔９１から空気が超音速で噴射され、衝撃波が生成される。空気噴射弁９０から生じた衝撃波は、燃焼室１１内を伝播する。燃焼室１１内を衝撃波が伝播することにより、燃焼室１１に高温高圧場が形成される。これにより、燃焼室１１内の未燃ＨＣが自己着火し燃焼する。なお、空気噴射弁９０による１回目の衝撃波は、Ｓ２０３で決定した生成タイミングで生成される。
ＥＣＵ７０が空気噴射弁９０を制御することで衝撃波を生成すると、処理はＳ２０８へ移行する。
【００６２】
Ｓ２０８では、ＥＣＵ７０は、この時点における燃焼室１１の状態に関し温度、圧力または密度の１つ以上を検出または算出する。本実施形態では、圧力センサ８２からの信号に基づき燃料室１１の圧力を検出する。その後、処理はＳ２０９へ移行する。
【００６３】
Ｓ２０９では、ＥＣＵ７０は、さらに衝撃波を生成する必要があるか否かを判定する。具体的には、図１１に示すように、Ｓ２０７での衝撃波生成前後の燃焼室１１の状態（温度、圧力または密度）の差を求め、当該差が所定値以上であった場合、さらに衝撃波を生成する必要があると判定する。つまり、Ｓ２０６で検出または算出した温度Ｔ０、圧力Ｐ０または密度ρ０と、Ｓ２０８で検出または算出した温度Ｔ１、圧力Ｐ１または密度ρ１との差分（ΔＴ＝Ｔ１−Ｔ０、ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ０、または、Δρ＝ρ１−ρ０）を求め、ΔＴ、ΔＰまたはΔρが所定値以上であるか否かを判定する。本実施形態では、ΔＰが所定値以上であるか否かを判定する。
【００６４】
ＥＣＵ７０がさらに衝撃波を生成する必要があると判定した場合（Ｓ２０９：ＹＥＳ）、処理はＳ２０４に戻る。一方、ＥＣＵ７０がさらに衝撃波を生成する必要はないと判定した場合（Ｓ２０９：ＮＯ）、処理は一連の処理Ｓ２００を抜ける。
【００６５】
このように、本実施形態では、１回目の衝撃波の生成タイミングのみ決定しておき、２回目以降の衝撃波の生成タイミングについては、衝撃波生成前後の燃焼室１１の状態（温度、圧力または密度）に基づき決定する。よって、ＥＣＵ７０のＣＰＵの演算周期は比較的短い方が望ましい。
【００６６】
図１２に示すのは、通常の着火（膨張行程を開始させる着火）後、Ｓ２００の処理に従い４回の衝撃波生成を行った例である。この図から、４回目の衝撃波生成前後では燃焼室１１の圧力に差はなかったため、５回目の衝撃波生成は行われなかったことがわかる。
なお、本実施形態では、第１実施形態と同様、ＥＣＵ７０は、燃焼室１１の状態と衝撃波生成条件と図６に示すマップとに基づき、Ｓ２０７において空気噴射弁９０により生成すべき衝撃波の強さを決定する。これにより、燃焼室１１内の任意の箇所の未燃ＨＣを燃焼させることができる。
【００６７】
以上説明したように、本実施形態では、第１実施形態と同様、判定した燃焼室１１の状態に基づき、燃料を自己着火させることが可能な衝撃波生成条件を導出し、導出した衝撃波生成条件で衝撃波の生成を行う。そのため、衝撃波による燃料の自己着火を確実なものとすることができる。したがって、エンジン１０から排出される未燃ＨＣをより低減することができる。
また、本実施形態では、衝撃波の生成タイミングを決定するためのマップは、１回目の生成タイミングのみ記憶されたマップのため、データ量を削減することができる。
【００６８】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態による着火制御装置について図１３および１４に基づき説明する。第３実施形態は、物理的な構成は第１実施形態とほぼ同様であるものの、ＥＣＵ７０による空気噴射弁９０の駆動制御に関する処理が第１実施形態と異なる。
【００６９】
第３実施形態の着火制御装置が適用される車両には、図示しない過給器、インタークーラーおよびＥＧＲ（排気再循環）システムが搭載されている。ＥＣＵ７０は、過給器、インタークーラーまたはＥＧＲシステムの作動を制御することにより、燃焼室１１に導入される吸気の圧力または温度を調節することができる。例えば、ＥＣＵ７０は、過給器のタービンの羽根の角度を変更することにより燃焼室１１への吸気の過給量を変更することで、燃焼室１１に導入される吸気の圧力を調節可能である。また、ＥＣＵ７０は、インタークーラーを作動させて吸気の温度を低下させることで、燃焼室１１に導入される吸気の温度を調節可能である。また、ＥＣＵ７０は、ＥＧＲシステムを作動させて排気を吸気側に循環させることにより吸気の温度を上昇させることで、燃焼室１１に導入される吸気の温度を調節可能である。ここで、ＥＣＵ７０と過給器、インタークーラーまたはＥＧＲシステムとは、特許請求の範囲における「吸気調節手段」に対応する。
【００７０】
以下、第３実施形態のＥＣＵ７０による空気噴射弁９０の駆動制御に関する処理について図１３に基づき説明する。
図１３に示す一連の処理Ｓ３００は、例えば燃料噴射弁６０から燃料が噴射されて所定の時間が経過した後（通常の着火後）、開始される。
Ｓ３０１では、ＥＣＵ７０は、クランクポジションセンサ８１からの信号に基づきエンジン１０の回転数を検出する。その後、処理はＳ３０２へ移行する。
【００７１】
Ｓ３０２では、ＥＣＵ７０は、この時点における運転状態のエンジン１０の燃焼室１１から排出され得る未燃ＨＣがクライテリア以上か否かを判定する。ここでの処理は、第１実施形態のＳ１０２と同様のため、詳細な説明を省略する。
ＥＣＵ７０が燃焼室１１から排出され得る未燃ＨＣの量はクライテリア以上であると判定した場合（Ｓ３０２：ＹＥＳ）、処理はＳ３０３へ移行する。一方、クライテリア以上ではない（クライテリア未満である）と判定した場合（Ｓ３０２：ＮＯ）、処理は一連の処理Ｓ３００を抜ける。
【００７２】
Ｓ３０３では、ＥＣＵ７０は、衝撃波生成条件を決定する。ここで、衝撃波生成条件とは、空気噴射弁９０による衝撃波の生成条件である。ここで、ＥＣＵ７０は、特許請求の範囲における「衝撃波生成条件決定手段」として機能する。
ＥＣＵ７０が衝撃波生成条件を決定すると、処理はＳ３０４へ移行する。
【００７３】
Ｓ３０４では、ＥＣＵ７０は、目標燃焼室状態を導出する。具体的には、ＥＣＵ７０は、Ｓ３０３で決定した衝撃波生成条件と図１４に示すマップとに基づき、目標燃焼室状態を導出する。ここで、目標燃焼室状態とは、Ｓ３０３で決定した衝撃波生成条件で衝撃波が生成された場合の燃焼室１１の状態に関し、燃料が自己着火可能な目標圧力または目標密度の少なくとも１つ以上と目標温度とからなる燃焼室の状態を示すものである。図１４に示すように、衝撃波生成条件が大きいほど、目標燃焼室状態（圧力または密度、および、温度）は高く導出される。ここで、ＥＣＵ７０は、特許請求の範囲における「目標燃焼室状態導出手段」として機能する。
ＥＣＵ７０が目標燃焼室状態を導出すると、処理はＳ３０５へ移行する。
【００７４】
Ｓ３０５では、ＥＣＵ７０は、燃焼室１１の状態が、Ｓ３０４で導出した目標燃焼室状態となるよう、吸気の圧力または温度を調節するよう過給器、インタークーラーまたはＥＧＲシステムを制御する。その後、処理はＳ３０６へ移行する。
【００７５】
Ｓ３０６では、ＥＣＵ７０は、衝撃波の生成回数ｎおよび衝撃波の生成タイミングＴ（ｎ）を決定する。ここでの処理は、第１実施形態のＳ１０３と同様のため、詳細な説明を省略する。
ＥＣＵ７０が衝撃波の生成回数ｎおよび衝撃波の生成タイミングＴ（ｎ）を決定すると、処理はＳ３０７へ移行する。
【００７６】
Ｓ３０７では、ＥＣＵ７０は、Ｎに１を代入しＲＡＭに記憶する。その後、処理はＳ３０８へ移行する。
Ｓ３０８では、ＥＣＵ７０は、Ｓ３０３で決定した衝撃波生成条件で空気噴射弁９０の駆動を制御する。これにより、空気噴射弁９０の噴孔９１から空気が超音速で噴射され、衝撃波が生成される。空気噴射弁９０から生じた衝撃波は、燃焼室１１内を伝播する。燃焼室１１内を衝撃波が伝播することにより、燃焼室１１に高温高圧場が形成される。これにより、燃焼室１１内の未燃ＨＣが自己着火し燃焼する。
ＥＣＵ７０が空気噴射弁９０を制御することで衝撃波を生成すると、処理はＳ３０９へ移行する。
【００７７】
Ｓ３０９では、ＥＣＵ７０は、ＮにＮ＋１を代入しＲＡＭに記憶する。その後、処理はＳ３１０へ移行する。
Ｓ３１０では、ＥＣＵ７０は、衝撃波を生成した回数が、Ｓ３０６で決定した生成回数ｎ以下か否かを判定する。すなわち、Ｎ≦ｎか否かを判定する。衝撃波を生成した回数は、Ｓ３０６で決定した生成回数ｎ以下（Ｎ≦ｎ）であると判定した場合（Ｓ３１０：ＹＥＳ）、処理はＳ３０８へ戻る。一方、衝撃波を生成した回数は、Ｓ３０６で決定した生成回数ｎ以下（Ｎ≦ｎ）ではないと判定した場合（Ｓ３１０：ＮＯ）、処理は一連の処理Ｓ３００を抜ける。
【００７８】
このように、第３実施形態では、予め衝撃波生成条件を決定しておき、決定した衝撃波生成条件で衝撃波が生成された場合の燃焼室１１の状態に関し燃料が自己着火可能な目標燃焼室状態を導出し、導出した目標燃焼室状態となるよう吸気調節手段を制御する。これに対し、上述の第１実施形態および第２実施形態では、燃焼室１１の状態を判定し、その状態で燃料を自己着火させることが可能な衝撃波生成条件を導出し、導出した衝撃波生成条件で空気噴射弁９０を制御する。
【００７９】
以上説明したように、本実施形態では、ＥＣＵ７０は、衝撃波生成条件決定手段として機能することにより、空気噴射弁９０による衝撃波の生成条件である衝撃波生成条件を決定する。また、ＥＣＵ７０は、目標燃焼室状態導出手段として機能することにより、衝撃波生成条件決定手段により決定した衝撃波生成条件で衝撃波が生成された場合の燃焼室１１の状態に関し、燃料が自己着火可能な目標圧力または目標密度の少なくとも１つ以上と目標温度とからなる目標燃焼室状態を導出可能である。吸気調節手段（過給器、インタークーラーおよびＥＧＲシステム）は、燃焼室１１に導入される吸気の圧力または温度の少なくとも一方を調節可能である。そして、ＥＣＵ７０は、燃焼室１１の状態が目標燃焼室状態導出手段により導出した目標燃焼室状態となるよう、吸気の圧力または温度を調節するよう吸気調節手段を制御する。
【００８０】
本実施形態では、決定した衝撃波生成条件に基づき、燃料が自己着火可能な目標燃焼室状態を導出し、導出した目標燃焼室状態となるよう燃焼室１１の状態を調節する。そのため、衝撃波による燃料の自己着火を確実なものとすることができる。したがって、エンジン１０から排出される未燃ＨＣをより低減することができる。
また、本実施形態では、空気噴射弁９０によって空気噴射を行うことにより、過給器で過給可能な空気量以上の空気を燃焼室１１に導入することができる。
【００８１】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態による着火制御装置について図１５に基づき説明する。第４実施形態は、物理的な構成は第３実施形態と同様であるものの、ＥＣＵ７０による空気噴射弁９０の駆動制御に関する処理が第３実施形態と異なる。
【００８２】
以下、第４実施形態のＥＣＵ７０による空気噴射弁９０の駆動制御に関する処理について図１５に基づき説明する。
図１５に示す一連の処理Ｓ４００は、例えば燃料噴射弁６０から燃料が噴射されて所定の時間が経過した後（通常の着火後）、開始される。
Ｓ４０１では、ＥＣＵ７０は、クランクポジションセンサ８１からの信号に基づきエンジン１０の回転数を検出する。その後、処理はＳ４０２へ移行する。
【００８３】
Ｓ４０２では、ＥＣＵ７０は、この時点における運転状態のエンジン１０の燃焼室１１から排出され得る未燃ＨＣがクライテリア以上か否かを判定する。ここでの処理は、第３実施形態のＳ３０２と同様のため、詳細な説明を省略する。
ＥＣＵ７０が燃焼室１１から排出され得る未燃ＨＣの量はクライテリア以上であると判定した場合（Ｓ４０２：ＹＥＳ）、処理はＳ４０３へ移行する。一方、クライテリア以上ではない（クライテリア未満である）と判定した場合（Ｓ４０２：ＮＯ）、処理は一連の処理Ｓ４００を抜ける。
【００８４】
Ｓ４０３では、ＥＣＵ７０は、衝撃波生成条件を決定する。
ＥＣＵ７０が衝撃波生成条件を決定すると、処理はＳ４０４へ移行する。
Ｓ４０４では、ＥＣＵ７０は、目標燃焼室状態を導出する。ここでの処理は、第３実施形態のＳ３０４と同様のため、詳細な説明を省略する。
ＥＣＵ７０が目標燃焼室状態を導出すると、処理はＳ４０５へ移行する。
【００８５】
Ｓ４０５では、ＥＣＵ７０は、燃焼室１１の状態が、Ｓ４０４で導出した目標燃焼室状態となるよう、吸気の圧力または温度を調節するよう過給器、インタークーラーまたはＥＧＲシステムを制御する。その後、処理はＳ４０６へ移行する。
Ｓ４０６では、ＥＣＵ７０は、１回目の衝撃波の生成タイミングを決定する。ここでの処理は、第２実施形態のＳ２０３と同様のため、詳細な説明を省略する。
ＥＣＵ７０が１回目の衝撃波の生成タイミングを決定すると、処理はＳ４０７へ移行する。
【００８６】
Ｓ４０７では、ＥＣＵ７０は、この時点における燃焼室１１の状態に関し温度、圧力または密度の１つ以上を検出または算出する。本実施形態では、圧力センサ８２からの信号に基づき燃料室１１の圧力を検出する。その後、処理はＳ４０８へ移行する。
【００８７】
Ｓ４０８では、ＥＣＵ７０は、Ｓ４０３で決定した衝撃波生成条件で空気噴射弁９０の駆動を制御する。これにより、空気噴射弁９０の噴孔９１から空気が超音速で噴射され、衝撃波が生成される。空気噴射弁９０から生じた衝撃波は、燃焼室１１内を伝播する。燃焼室１１内を衝撃波が伝播することにより、燃焼室１１に高温高圧場が形成される。これにより、燃焼室１１内の未燃ＨＣが自己着火し燃焼する。なお、空気噴射弁９０による１回目の衝撃波は、Ｓ４０６で決定した生成タイミングで生成される。
ＥＣＵ７０が空気噴射弁９０を制御することで衝撃波を生成すると、処理はＳ４０９へ移行する。
【００８８】
Ｓ４０９では、ＥＣＵ７０は、この時点における燃焼室１１の状態に関し温度、圧力または密度の１つ以上を検出または算出する。本実施形態では、圧力センサ８２からの信号に基づき燃料室１１の圧力を検出する。その後、処理はＳ４１０へ移行する。
【００８９】
Ｓ４１０では、ＥＣＵ７０は、さらに衝撃波を生成する必要があるか否かを判定する。ここでの処理は、第２実施形態のＳ２０９と同様である。つまり、Ｓ４０７で検出または算出した温度Ｔ０、圧力Ｐ０または密度ρ０と、Ｓ４０９で検出または算出した温度Ｔ１、圧力Ｐ１または密度ρ１との差分（ΔＴ＝Ｔ１−Ｔ０、ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ０、または、Δρ＝ρ１−ρ０）を求め、ΔＴ、ΔＰまたはΔρが所定値以上であるか否かを判定する。本実施形態では、ΔＰが所定値以上であるか否かを判定する。
ＥＣＵ７０がさらに衝撃波を生成する必要があると判定した場合（Ｓ４１０：ＹＥＳ）、処理はＳ４０７に戻る。一方、ＥＣＵ７０がさらに衝撃波を生成する必要はないと判定した場合（Ｓ４１０：ＮＯ）、処理は一連の処理Ｓ４００を抜ける。
【００９０】
このように、本実施形態では、ＥＣＵ７０は、第３実施形態による処理と第２実施形態による処理とを組み合わせたような処理を行う。これにより、衝撃波による燃料の自己着火を確実なものとしつつ、衝撃波の生成タイミングを決定するためのマップに関しデータ量を削減することができる。
【００９１】
（他の実施形態）
上述の実施形態では、着火制御装置を、燃料の通常の着火（膨張行程を開始させる着火）後の未燃ＨＣを着火させるために用いる例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、着火制御装置により、燃料の通常の着火後に限らず、通常の着火と同じタイミングまたは直前等に衝撃波を生成してもよい。この場合、燃焼室内に燃料が着火し易い環境を形成することにより、通常の着火を確実なものとすることができる。すなわち、本発明では、制御手段は、内燃機関の圧縮行程および膨張行程において衝撃波生成を行うよう衝撃波生成手段を制御する。
【００９２】
また、上述の実施形態では、衝撃波生成手段として空気噴射弁を用いる例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、衝撃波生成手段として、空気以外の気体を超音速で噴射可能なガス噴射弁を用いることとしてもよい。また、衝撃波生成手段としては、レーザー光を集光することでプラズマを生じさせることにより衝撃波を生成するレーザー光発生装置を用いてもよい。この場合、レーザー光の投入エネルギーまたは集光スポット径を調節することにより、衝撃波生成条件に応じた任意の強さの衝撃波を生成することができる。
【００９３】
また、上述の実施形態では、燃焼室の圧力を検出可能な圧力センサを備え、当該圧力センサにより燃焼室の圧力を検出することで、燃焼室の状態を判定する例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、圧力センサを備えず、マップや演算等により算出することで燃焼室の状態を判定することとしてもよい。ただし、第２実施形態および第４実施形態において衝撃波生成前後（Ｓ２０６、Ｓ２０８、Ｓ４０７、Ｓ４０９）に行う燃焼室状態の検出は、実地に状態（圧力、温度、密度）を検出可能な圧力センサ等の手段を用いることが望ましい。
【００９４】
また、上述の実施形態では、着火制御装置をディーゼルエンジンに適用する例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、着火制御装置をガソリンエンジンに適用することとしてもよい。この場合、燃料噴射弁からは、燃料としてガソリンが噴射される。また、燃料の通常の着火（膨張行程を開始させる着火）は、点火プラグ等の点火手段によって行われる。
【００９５】
また、本発明の着火制御装置は、内燃機関の燃料噴射弁とは別の手段である衝撃波生成手段を備えるため、水素や天然ガス等を燃料とする気体燃料エンジンに適用することもできる。すなわち、本発明は、噴射される燃料の種別に関係なく未燃ＨＣを低減可能である。
【００９６】
また、上述の実施形態では、着火制御装置を直噴式の内燃機関に適用する例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、着火制御装置をポート噴射式の内燃機関に適用してもよい。または、燃料をインテークポートおよび燃焼室に噴射する方式の内燃機関に適用してもよい。つまり、本発明の着火制御装置は、どのような噴射方式の内燃機関であっても適用することができる。
また、本発明は、４気筒エンジンに限らず、その他の多気筒エンジンあるいは単気筒エンジンに適用することもできる。
このように、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【００９７】
１  ・・・・着火制御装置
１０  ・・・エンジン（内燃機関）
１１  ・・・燃焼室
６０  ・・・燃料噴射弁
７０  ・・・ＥＣＵ（制御手段）
９０  ・・・空気噴射弁（衝撃波生成手段）
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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