(57)【要約】【課題】火花点火式の内燃機関において、ノッキングを効果的に抑制すること。【解決手段】この内燃機関１は、点火プラグ７によって燃焼室２Ｂ内の混合気に点火する、火花点火式の内燃機関である。点火プラグ７は、混合気の点火とは異なる時期に、気筒内２Ｉに流入した空気Ａへ放電することにより、オゾンを発生させる。点火プラグ７がオゾンを発生させるための放電時期は、内燃機関１の燃焼室２Ｂの吸気側へオゾンが到達したときが、点火プラグ７が燃焼室２Ｂ内の混合気へ点火する時期となるように決定する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料と空気との混合気の燃焼を促進するための燃焼促進物質を生成する燃焼促進物質生成手段を備える、火花点火式の内燃機関の燃焼状態を制御するものであり、
前記混合気への点火時期に、前記内燃機関の燃焼室の吸気側へ前記燃焼促進物質が到達するように、前記燃焼促進物質生成手段に前記燃焼促進物質を生成させる時期を算出する燃焼促進物質生成時期算出部と、
決定された前記燃焼促進物質の生成時期に、前記燃焼促進物質生成手段に前記燃焼促進物質を生成させる燃焼促進物質生成制御部と、
を含むことを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項２】
前記燃焼促進物質生成時期算出部は、
前記内燃機関の機関回転数と吸気管圧力とに基づいて、前記燃焼促進物質生成手段に前記燃焼促進物質を生成させる時期を算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項３】
前記燃焼促進物質は、前記内燃機関が備える点火手段が前記内燃機関の気筒内へ流入する空気に放電することによって、前記空気中の酸素をオゾン化して得られるものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項４】
火花点火式の内燃機関であり、
燃料と空気との混合気の燃焼を促進するための燃焼促進物質を生成する燃焼促進物質生成手段を備え、
前記燃焼促進物質生成手段は、前記混合気への点火時期に、前記内燃機関の燃焼室の吸気側へ前記燃焼促進物質が到達するように、前記燃焼促進物質を生成することを特徴とする内燃機関。
【請求項５】
前記燃焼促進物質生成手段が前記燃焼促進物質を生成する時期は、前記内燃機関の機関回転数と吸気管圧力とに基づいて算出されることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関。
【請求項６】
前記燃焼促進物質生成手段は、前記内燃機関が備える点火手段であり、
前記燃焼促進物質は、前記点火手段が前記内燃機関の気筒内へ流入する空気に放電することによって、前記空気中の酸素をオゾン化して得られるものであることを特徴とする請求項４又は５に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火花点火式の内燃機関に関し、さらに詳しくは、ノッキングを効果的に抑制できる内燃機関の燃焼制御装置及び内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関の燃焼特性を改善するため、内燃機関の燃焼室にオゾンを供給する手法が提案されている。例えば、特許文献１には、内燃機関の燃焼室内に少なくとも１個の電極を設けて放電させることにより、燃焼室内で直接オゾンを発生させる技術が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平２−１９１８５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、火花点火式の内燃機関においては、ノッキングの発生により点火時期を進角できないことが多い。ノッキングは、燃焼室内の燃焼速度差が原因の一つとして知られている。特許文献１に開示されている技術は、燃焼室内で直接オゾンを発生させることにより、内燃機関の燃焼特性を改善するが、燃焼室内の燃焼速度差については言及されておらず、ノッキングの抑制については改善の余地がある。
【０００５】
そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、火花点火式の内燃機関において、ノッキングを効果的に抑制できる内燃機関の燃焼制御装置及び内燃機関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】
【０００６】
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の燃焼制御装置は、燃料と空気との混合気の燃焼を促進するための燃焼促進物質を生成する燃焼促進物質生成手段を備える、火花点火式の内燃機関の燃焼状態を制御するものであり、前記混合気への点火時期に、前記内燃機関の燃焼室の吸気側へ前記燃焼促進物質が到達するように、前記燃焼促進物質生成手段に前記燃焼促進物質を生成させる時期を算出する燃焼促進物質生成時期算出部と、決定された前記燃焼促進物質の生成時期に、前記燃焼促進物質生成手段に前記燃焼促進物質を生成させる燃焼促進物質生成制御部と、を含むことを特徴とする。
【０００７】
この内燃機関の燃焼制御装置は、内燃機関の燃焼室内において燃焼の遅い吸気側に、混合気の燃焼を促進させる燃焼促進物質が到達したときが、前記混合気に対する点火時期となるようなタイミングで、燃焼促進物質生成手段に前記燃焼促進物質を生成させる。これによって、内燃機関の燃焼室の吸気側に存在する混合気の燃焼速度が向上するので、燃焼室の吸気側と排気側とでは燃焼速度が近づく。その結果、燃焼室全体においては、混合気の燃焼速度が均一に近づくので、燃焼室内の火炎面が均一に伝播するようになり、ノッキングを効果的に抑制することができる。
【０００８】
次の本発明に係る内燃機関の燃焼制御装置のように、前記内燃機関の燃焼制御装置において、前記燃焼促進物質生成時期算出部は、前記内燃機関の機関回転数と吸気管圧力とに基づいて、前記燃焼促進物質生成手段に前記燃焼促進物質を生成させる時期を算出することが好ましい。
【０００９】
次の本発明に係る内燃機関の燃焼制御装置のように、前記内燃機関の燃焼制御装置において、前記燃焼促進物質は、前記内燃機関が備える点火手段が前記内燃機関の気筒内へ流入する空気に放電することによって、前記空気中の酸素をオゾン化して得られるものとすることができる。
【００１０】
次の本発明に係る内燃機関は、火花点火式の内燃機関であり、燃料と空気との混合気の燃焼を促進するための燃焼促進物質を生成する燃焼促進物質生成手段を備え、前記燃焼促進物質生成手段は、前記混合気への点火時期に、前記内燃機関の燃焼室の吸気側へ前記燃焼促進物質が到達するように、前記燃焼促進物質を生成することを特徴とする。
【００１１】
この内燃機関は、燃焼室内において燃焼の遅い吸気側に、混合気の燃焼を促進させる燃焼促進物質が到達したときが、前記混合気に対する点火時期となるようなタイミングで、燃焼促進物質生成手段が前記燃焼促進物質を生成する。これによって、内燃機関の燃焼室の吸気側に存在する混合気の燃焼速度が向上するので、燃焼室の吸気側と排気側とでは燃焼速度が近づく。その結果、燃焼室全体においては、混合気の燃焼速度が均一に近づくので、燃焼室内の火炎面が均一に伝播するようになり、ノッキングを効果的に抑制することができる。
【００１２】
次の本発明に係る内燃機関のように、前記内燃機関において、前記燃焼促進物質生成手段が前記燃焼促進物質を生成する時期は、前記内燃機関の機関回転数と吸気管圧力とに基づいて算出することが好ましい。
【００１３】
次の本発明に係る内燃機関のように、前記内燃機関において、前記燃焼促進物質生成手段は、前記内燃機関が備える点火手段であり、前記燃焼促進物質は、前記点火手段が前記内燃機関の気筒内へ流入する空気に放電することによって、前記空気中の酸素をオゾン化して得られるものとすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明に係る内燃機関の燃焼制御装置及び内燃機関は、火花点火式の内燃機関において、ノッキングを効果的に抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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（以下実施形態という）によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態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、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。
【００１６】
本実施形態は、内燃機関の燃焼室内において燃焼の遅い部分に、混合気の燃焼を促進させる燃焼促進物質（例えばオゾンのような酸化性の強いガス）が到達したときが、燃焼室内の混合気に対する点火時期となるようなタイミングで、前記燃焼促進物質を生成させる点に特徴がある。
【００１７】
図１は、本実施形態係る内燃機関及びその制御系を示す断面図である。本実施形態では、内燃機関が備える単一の気筒を取り出して説明するが、本発明は多気筒、単気筒を問わず、また、多気筒の場合には、気筒数及びその配置は問わない。
【００１８】
本実施形態に係る内燃機関１は、点火手段である点火プラグ７によって燃焼室２Ｂ内の混合気に点火して、その燃焼圧力によりピストン５を気筒２内で往復運動させる、いわゆるレシプロ式の火花点火式内燃機関である。この内燃機関１は、気筒２の内部（以下気筒内）２Ｉへ直接燃料Ｆを噴射する直噴噴射弁３を備える、いわゆる直噴の内燃機関である。本実施形態において、内燃機関１は、少なくとも直噴噴射弁３を備えて、気筒内２Ｉへ直接燃料Ｆを噴射できればよい。なお、内燃機関１は、過給手段や可変圧縮機構を備えていてもよい。
【００１９】
この内燃機関１は、吸気通路２１に設けられる電子スロットル弁７０により、吸入空気量が調整される。電子スロットル弁７０は、バタフライバルブ７１と、これを駆動するアクチュエータ７２と、バタフライバルブ７１の開度を検出するスロットルポジションセンサ７３とで構成される。機関ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０は、アクセル開度センサ４５からの出力を取得して、アクチュエータ７２に制御信号を送り、スロットルポジションセンサ７３からのバタフライバルブ開度のフィードバック信号に基づいて、バタフライバルブ７１を適切な開度に制御する。
【００２０】
内燃機関１に取り付けられたクランク角センサ４１によってクランク軸６のクランク角度ＣＡが検出される。機関ＥＣＵ３０は、クランク角センサ４１、吸気管圧力センサ４２、エアフローセンサ４３、吸気温度センサ４４、アクセル開度センサ４５その他のセンサ類からの出力を取得して、内燃機関１の点火時期や内燃機関１に対する燃料噴射量を決定する。そして、決定値に基づき、直噴噴射弁３から燃料Ｆを噴射させ、内燃機関１のシリンダヘッド１ｈに取り付けられる点火プラグ７に通電して放電させ、燃焼室２Ｂ内の混合気に点火する。
【００２１】
エアクリーナ８１によって塵やごみが除去された空気Ａは、エアフローセンサ４３及び吸気温度センサ４４で流量及び温度が計測された後、吸気通路２１を通って、電子スロットル弁７０を通過してサージタンク２０へ導かれる。サージタンク２０内の空気Ａは、吸気通路である吸気管２２から、内燃機関１のシリンダヘッド１ｈに設けられる吸気口９ｉと吸気弁８ｉとの間を通って気筒内２Ｉ内に導入される。そして、直噴噴射弁３から噴射される燃料噴霧Ｆｍと混合気を形成する。この混合気は点火プラグ７の放電によりで着火されて、火炎伝播により燃焼する。本実施形態において、点火時期は、クランク角センサ４１からの信号に基づいて決定される。
【００２２】
混合気の燃焼圧力はピストン５に伝えられ、ピストン５を往復運動させる。ピストン５の往復運動はコネテクティングロッド４を介してクランク軸６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ガスＥｘとなり、排気口９ｅと排気弁８ｅとの間を通って排気通路２３へ排出される。そして、この排ガスＥｘは、排気通路２３に取り付けられる浄化触媒（例えば三元触媒）８３へ導かれ、ここで浄化されて大気中へ排出される。
【００２３】
燃料Ｆと空気Ａとの混合気中に酸化力の強い物質（例えばオゾン：Ｏ3）が多く含まれると、この酸化力の強い物質が混合気の燃焼を促進し、燃焼が速くなる。このような物質を、燃焼促進物質という。燃焼促進物質は、混合気（燃料と空気との混合物）の燃焼を促進する性質を有していればよく、オゾンに限定されるものではない。
【００２４】
酸化力の強い物質であるオゾンは、酸素や大気中に放電することで発生する。そこで、内燃機関１の吸気行程中に点火プラグ７から放電することで、気筒内２Ｉへ吸入する空気Ａ中の酸素をオゾンに変化させ、その後、オゾンを含む空気Ａに直噴噴射弁３から気筒内２Ｉへ燃料Ｆを噴射して、オゾンを含む混合気を形成する。そして、圧縮ＴＤＣ（Top Dead Center：上死点）付近で点火プラグ７から放電して、燃焼室２Ｂ内オゾンを含む混合気に対して点火することで混合気の燃焼を促進し、燃焼を速くすることができる。
【００２５】
ここで、点火プラグ７は、燃焼促進物質生成手段として機能する。また、点火プラグ７がオゾンを生成するための放電時期と、点火プラグ７が燃焼室２Ｂ内の混合気に点火するための放電時期（すなわち点火時期）とは異なる。なお、燃焼促進物質生成手段は、点火プラグ７に限られるものではなく、例えば、空気中への放電によりオゾンを生成する放電手段を、点火プラグ７とは別個に気筒内２Ｉへ備えてもよい。
【００２６】
内燃機関１は、燃焼室２Ｂの排気側、すなわち、排気口９ｅ及び排気弁８ｅが設けられる側の壁温が相対的に高く、混合気の燃焼速度は速い。一方、燃焼室２Ｂの吸気側、すなわち、吸気口９ｉ及び吸気弁８ｉが設けられる側の壁温が相対的に低く、混合気の燃焼速度は遅い。そして、相対的に燃焼速度の速い排気側では、混合気が速やかに燃焼するが、相対的に燃焼速度の遅い吸気側では混合気の燃焼が遅くなる結果、未燃の混合気が圧縮自着火してノッキングが発生すると考えられる。
【００２７】
このように、燃焼室の吸気側と排気側との燃焼速度差がノッキングの一原因であると考えられる。したがって、酸化力の強いガスであるオゾンを含む混合気を形成して燃焼を促進する場合、ノッキングの抑制効果という点からは、燃焼室２Ｂ内の混合気へ均一にオゾンが分布するよりも、燃焼速度の遅い領域、すなわち燃焼室２Ｂの吸気側へオゾンが分布している方が好ましい。
【００２８】
すなわち、燃焼室２Ｂの吸気側の混合気にオゾンが偏在していると、吸気側に存在する混合気の燃焼速度が向上する。そして、吸気側に存在する混合気の燃焼速度が燃焼室２Ｂの排気側に存在する混合気の燃焼速度に近づく。その結果、燃焼室２Ｂ全体においては、混合気の燃焼速度が均一に近づき、火炎面が均一に伝播するようになるので、ノッキングを効果的に抑制できる。
【００２９】
燃焼室２Ｂの吸気側の混合気にオゾンを偏在させるため、本実施形態に係る内燃機関の燃焼制御では、気筒内２Ｉにおける空気の流動状態から、どの時期に気筒内２Ｉへ流入した空気Ａが、点火時（点火プラグ７の放電時）において燃焼室２Ｂの吸気側に存在するかを予測する。そして、点火時において吸気側へ存在すると予想される空気Ａが点火プラグ７の近傍を通過する時期に点火プラグ７から放電して、当該空気Ａに中にオゾンを生成する。これによって、混合気に対する点火時においては、他よりもオゾンを多く含む空気Ａが吸気側に存在することになるので、燃焼室２Ｂの吸気側の混合気にオゾンを偏在させることができる。次に、本実施形態に係る内燃機関の燃焼制御をより詳細に説明する。
【００３０】
図２−１〜図２−６は、本実施形態に係る内燃機関の燃焼制御を示す模式図である。図中の矢印Ｃは、ピストン５の移動方向を示す。また、図２−１〜図２−６は、本実施形態に係る内燃機関１の吸気行程から点火までの時間経過を示す。図２−１は、ピストンは排気ＴＤＣから吸気ＢＤＣ（Bottom Dead Center：下死点）へ移動しており、吸気弁８ｉが開いて吸気弁８ｉと吸気口９ｉとの間から吸気管２２内の空気Ａが気筒内２Ｉへ流入し始めた状態を示している。このときの時刻をＴ１とする。
【００３１】
図２−２は、時刻Ｔ２であり、時刻Ｔ１からピストン５がさらに吸気ＢＤＣ側へ移動した状態を示している。この状態では、吸気弁８ｉがさらに開いて空気Ａが気筒内２Ｉへ流入する。時刻Ｔ２において点火プラグ７の近傍を通過する空気Ａが、点火時において燃焼室２Ｂの吸気側、すなわち吸気口９ｉ及び吸気弁８ｉが設けられる側に存在する空気となる。したがって、時刻Ｔ２において点火プラグ７の近傍を通過する空気Ａが、点火時（点火プラグ７の放電時）には燃焼室２Ｂの吸気側に存在する。このため、時刻Ｔ２で点火プラグ７から放電して、当該空気Ａ中にオゾン（燃焼促進物質Ｇａに相当する）を生成する。
【００３２】
図２−３は時刻Ｔ３であり、ピストン５が吸気ＢＤＣに存在する状態を示す。図２−４は時刻Ｔ４であり、ピストン５が吸気ＢＤＣから圧縮ＴＤＣに向かって移動する状態を示す。図２−５は時刻Ｔ５であり、ピストン５が時刻Ｔ４よりもさらに圧縮ＴＤＣに近づいた状態を示す。図２−６は時刻Ｔ６であり、ピストン５が時刻Ｔ５よりもさらに圧縮ＴＤＣに近づき、燃焼促進物質Ｇａが燃焼室２Ｂの吸気側へ到達した状態を示す。
【００３３】
本実施形態において、直噴噴射弁３からは、圧縮行程で気筒内２Ｉへ燃料Ｆが噴射される。時刻Ｔ３から時刻Ｔ５にかけて、内燃機関１の気筒内２Ｉへ流入した空気Ａは、タンブル流（いわゆる縦渦）を形成しながら気筒内２Ｉを流れる。これにともなって、時刻Ｔ２で生成された燃焼促進物質Ｇａも、タンブル流を形成する空気Ａとともに点火プラグ７の位置から移動する。
【００３４】
時刻Ｔ２で生成された燃焼促進物質Ｇａは、気筒内２Ｉ内に形成される空気Ａの流れとともに、燃焼室２Ｂの吸気側へ向かって移動する。時刻Ｔ６において、燃焼促進物質Ｇａは燃焼室２Ｂの吸気側、すなわち吸気口９ｉ及び吸気弁８ｉが設けられる側へ到達する。この時期に、点火プラグ７からの放電により燃焼室２Ｂ内の混合気に点火して、前記混合気を燃焼させる。燃焼促進物質Ｇａが燃焼室２Ｂの吸気側に到達すると、燃焼室２Ｂの混合気は、燃焼室２Ｂの吸気側の混合気に燃焼促進物質Ｇａ（本実施形態ではオゾン）が偏在した状態となる。このため、このような状態の混合気に点火して燃焼させれば、吸気側に存在する混合気の燃焼速度が燃焼室２Ｂの排気側に存在する混合気の燃焼速度に近づく。その結果、燃焼室２Ｂ全体においては、混合気の燃焼速度が均一に近づき、火炎面が均一に伝播するようになるので、ノッキングを効果的に抑制することができる。
【００３５】
燃焼促進物質Ｇａを生成するための点火プラグ７の放電時期Ｔｓは、例えば、次のようにして決定させる。まず、内燃機関１の気筒内２Ｉにおける空気Ａの流動状態（流速や流れの形態）から、点火プラグ７の近傍から燃焼室２Ｂの吸気側へ向かう空気Ａの流れの流速を予測する。そして、前記空気Ａの流速に基づき、点火プラグ７の近傍の空気Ａが、燃焼室２Ｂの吸気側へ到達するまでの到達時間ΔＴを予測する。
【００３６】
ここで、内燃機関１の機関回転数（クランク軸６の回転数）Ｎｅと、吸気管２２内の圧力（吸気管圧力）Ｐｉとは、気筒内２Ｉにおける空気Ａの流動状態と相関が強い。このため、本実施形態においては、点火プラグ７の近傍から燃焼室２Ｂの吸気側へ向かう空気Ａの流れの流速を、内燃機関１の機関回転数Ｎｅと、吸気管圧力Ｐｉとに基づいて予測する。これは、前記空気Ａの流れの流速と、内燃機関１の機関回転数Ｎｅ及び吸気管圧力Ｐｉとの関係を、予め実験やシミュレーションによって求めておく。
【００３７】
また、本実施形態においては、燃焼促進物質Ｇａを生成するための点火プラグ７の放電時期Ｔｓを次のようにして求めてもよい。まず、内燃機関１の気筒内２Ｉにおける空気Ａの流動状態から、点火プラグ７の近傍の空気Ａが、燃焼室２Ｂの吸気側へ到達するまでの到達時間ΔＴを予測する。機関回転数Ｎｅと吸気管圧力Ｐｉとは、気筒内２Ｉにおける空気Ａの流動状態と相関が強いため、本実施形態においては、到達時間ΔＴを、内燃機関１の機関回転数Ｎｅと、吸気管圧力Ｐｉとに基づいて予測する。これは、到達時間ΔＴと、内燃機関１の機関回転数Ｎｅ及び吸気管圧力Ｐｉとの関係を、予め実験やシミュレーションによって求めておく。
【００３８】
そして、内燃機関１の運転条件に基づいて決定された点火時期Ｔｆよりも到達時間ΔＴだけ前の時期（Ｔｆ−ΔＴ）に、点火プラグ７から放電することによって、気筒内２Ｉへ流入した空気Ａの一部をオゾン化し、燃焼促進物質Ｇａを生成する。すなわち、燃焼促進物質Ｇａを生成するための点火プラグ７の放電時期Ｔｓは、Ｔｆ−ΔＴとなる。このようなタイミングで生成された燃焼促進物質Ｇａは、ΔＴ経過後に燃焼室２Ｂの吸気側へ到達する。この時期は、前記点火時期Ｔｆになるので、燃焼促進物質Ｇａが燃焼室２Ｂの吸気側へ到達したときに燃焼室２Ｂ内の混合気に点火される。
【００３９】
図３は、本実施形態に係る内燃機関の燃焼制御装置を示す説明図である。本実施形態に係る内燃機関の燃焼制御は、この内燃機関の燃焼制御装置１０を用いて実現できる。図３に示すように、内燃機関の燃焼制御装置１０は、機関ＥＣＵ３０に組み込まれて構成されている。機関ＥＣＵ３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算装置）３０Ｐと、記憶部３０Ｍと、入力ポート３６及び出力ポート３７と、入力インターフェース３８及び出力インターフェース３９とから構成される。
【００４０】
なお、機関ＥＣＵ３０とは別個に、本実施形態に係る内燃機関の燃焼制御装置１０を用意し、これを機関ＥＣＵ３０に接続してもよい。そして、本実施形態に係る内燃機関の燃焼制御を実現するにあたっては、機関ＥＣＵ３０が備える内燃機関１の制御機能を、前記内燃機関の燃焼制御装置１０が利用できるように構成してもよい。
【００４１】
本実施形態に係る内燃機関の燃焼制御装置１０は、燃焼促進物質生成時期算出部１２と、燃焼促進物質生成制御部１３とを含む。これらのうち、燃焼促進物質生成時期算出部１２と、燃焼促進物質生成制御部１３とは、本実施形態に係る内燃機関の基本となる運転制御を実行する部分となる。本実施形態において、内燃機関の燃焼制御装置１０は、機関ＥＣＵ３０を構成するＣＰＵ３０Ｐの一部として構成される。この他に、ＣＰＵ３０Ｐには、内燃機関１の運転を制御する機関制御部３０Ｃが含まれている。
【００４２】
ＣＰＵ３０Ｐと、記憶部３０Ｍとは、バス３５3により接続される。また、内燃機関の燃焼制御装置１０と機関制御部３０Ｃとは、バス３５1、３５2及び入力ポート３６及び出力ポート３７を介して接続される。これにより、内燃機関の燃焼制御装置１０を構成する燃焼促進物質生成時期算出部１２と燃焼促進物質生成制御部１３と機関制御部３０Ｃとは、相互に制御データをやり取りしたり、一方に命令を出したりできるように構成される。また、内燃機関の燃焼制御装置１０は、機関ＥＣＵ３０が有する内燃機関１の運転制御に関するデータを取得したり、内燃機関の燃焼制御装置１０の制御を機関ＥＣＵ３０の内燃機関の燃焼制御ルーチンに割り込ませたりすることができる。
【００４３】
入力ポート３６には、入力インターフェース３８が接続されている。入力インターフェース３８には、クランク角センサ４１、吸気管圧力センサ４２、エアフローセンサ４３、吸気温度センサ４４、アクセル開度センサ４５その他の、内燃機関１の運転状態に関する情報を取得する各種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、入力インターフェース３８内のＡ／Ｄコンバータ３８ａやディジタルバッファ３８ｄにより、ＣＰＵ３０Ｐが利用できる信号に変換されて入力ポート３６へ送られる。これにより、ＣＰＵ３０Ｐは、燃料供給制御や内燃機関１の運転制御に必要な情報を取得することができる。
【００４４】
出力ポート３７には、出力インターフェース３９が接続されている。出力インターフェース３９には、点火装置５０が接続されている。なお、出力インターフェース３９には、内燃機関１の制御に必要な制御対象（例えば、直噴噴射弁３や電子スロットル弁７０等）５１も接続される。出力インターフェース３９は、制御回路３９ａ、３９ｂ等を備えており、ＣＰＵ３０Ｐ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、前記センサ類からの出力信号に基づき、機関ＥＣＵ３０のＣＰＵ３０Ｐは、内燃機関１の運転を制御することができる。
【００４５】
記憶部３０Ｍには、本実施形態に係る内燃機関の燃焼制御の処理手順を含むコンピュータプログラムや制御マップ等が格納されている。ここで、記憶部３０Ｍ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。
【００４６】
上記コンピュータプログラムは、ＣＰＵ３０Ｐへ既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、本実施形態に係る内燃機関の燃焼制御の処理手順を実現できるものであってもよい。また、この内燃機関の燃焼制御装置１０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、燃焼促進物質生成時期算出部１２及び燃焼促進物質生成制御部１３の機能を実現するものであってもよい。次に、本実施形態に係る内燃機関の燃焼制御について説明する。次の説明においては、適宜図１〜図３を参照されたい。
【００４７】
図４は、本実施形態に係る内燃機関の燃焼制御の手順を説明するフローチャートである。図５−１、図５−２は、本実施形態に係る内燃機関の燃焼制御に用いる筒内状態判定マップの一例を示す説明図である。本実施形態に係る内燃機関の燃焼制御を実行するにあたり、内燃機関の燃焼制御装置（以下燃焼制御装置）１０の燃焼促進物質生成時期算出部１２は、吸気管圧力センサ４２から吸気管圧力Ｐｉを取得し、クランク角センサ４１から機関回転数Ｎｅを取得する（ステップＳ１０１）。
【００４８】
次に、燃焼促進物質生成時期算出部１２は、ステップＳ１０１で取得された吸気管圧力Ｐｉと機関回転数Ｎｅとに基づいて、気筒内２Ｉにおける空気Ａの速度Ｖｔを予測する（ステップＳ１０２）。例えば、気筒内２Ｉにおける空気Ａの流れはタンブル流が支配的であれば、タンブル流の回転速度を予測する。また、例えば、気筒内２Ｉにおける空気Ａの流れはスワール流が支配的であれば、スワール流の回転速度を予測する。気筒内２Ｉにおける空気Ａの速度Ｖｔを予測するにあたっては、取得した吸気管圧力Ｐｉと機関回転数Ｎｅとを、図５−１に示す制御マップ６０に与え、対応する空気Ａの速度Ｖｔを取得し、これを気筒内２Ｉにおける空気Ａの速度Ｖｔの予測値とする。なお、ＶｔとＰｉ及びＮｅとの関係は、実験やシミュレーションによって予め求めておく。
【００４９】
次に、燃焼促進物質生成時期算出部１２は、ステップＳ１０２で予測した気筒内２Ｉにおける空気Ａの速度Ｖｔに基づいて、点火プラグ７の近傍から燃焼室２Ｂの吸気側へ気筒内２Ｉの空気Ａが到達する時間（到達時間）ΔＴを算出する。そして、到達時間ΔＴと内燃機関１の運転条件に基づいて決定された点火時期Ｔｆとに基づいて、燃焼促進物質Ｇａの生成時期を決定する（ステップＳ１０３）。ここで、本実施形態では、燃焼促進物質Ｇａの生成時期は、燃焼促進物質Ｇａを生成するための点火プラグ７の放電時期Ｔｓである。上述したように、前記放電時期Ｔｓは、（Ｔｆ−ΔＴ）となる。
【００５０】
なお、到達時間ΔＴを求める際には、気筒内２Ｉにおける空気Ａの速度Ｖｔを予測せず、到達時間ΔＴと、吸気管圧力Ｐｉ及び機関回転数Ｎｅとの関係を用いてもよい。到達時間ΔＴと、吸気管圧力Ｐｉ及び機関回転数Ｎｅとの関係は、実験やシミュレーションによって予め求めておき、例えば、図５−２に示すような制御マップ６１に記述しておく。そして、燃焼促進物質生成時期算出部１２は、ステップＳ１０１で取得された吸気管圧力Ｐｉと機関回転数Ｎｅとを制御マップ６１に与え、対応する到達時間ΔＴを取得する。燃焼促進物質Ｇａを生成するための点火プラグ７の放電時期Ｔｓは、このようにして求めた到達時間ΔＴと、内燃機関１の運転条件に基づいて決定された点火時期Ｔｆとに基づいて決定する。
【００５１】
燃焼促進物質Ｇａの生成時期（すなわち燃焼促進物質Ｇａを生成するための点火プラグ７の放電時期Ｔｓ）を決定したら、燃焼制御装置１０の燃焼促進物質生成制御部１３は、放電時期Ｔｓで点火プラグ７から放電させるように、点火装置５０へ点火指令を発信する。これによって、ステップＳ１０３で決定された燃焼促進物質Ｇａの生成時期に点火プラグ７が放電して（ステップＳ１０４）、点火プラグ７の近傍の空気Ａにオゾン（すなわち燃焼促進物質Ｇａ）を生成する。この燃焼促進物質Ｇａは、発生してから到達時間ΔＴが経過した後、すなわち内燃機関１の点火時期Ｔｆに、燃焼室２Ｂの吸気側へ到達する。このタイミングで燃焼室２Ｂ内の混合気に点火されるので、吸気側に存在する混合気の燃焼速度が向上する結果、燃焼室２Ｂ全体においては、混合気の燃焼速度が均一近づく。その結果、燃焼室２Ｂ内の火炎面が均一に伝播するようになるので、ノッキングを効果的に抑制することができる。
【００５２】
なお、上記説明では、燃焼室２Ｂ内で燃焼促進物質（例えばオゾン）を生成したが、例えば、吸気管２２内に燃焼促進物質生成手段（例えばオゾンを生成させる放電手段）を備えてもよい。そして、内燃機関１の吸気側へ燃焼促進物質が到達したときが、混合気に対する点火時期となるように、吸気管２２内で燃焼促進物質を生成してもよい。この場合は、吸気管圧力Ｐｉと機関回転数Ｎｅとに基づき、吸気管２２内の燃焼促進物質生成手段から内燃機関１の吸気側へ燃焼促進物質が到達する時間（到達時間）を予測する。そして、点火時期よりも前記到達時間分早い時期に、吸気管２２内の燃焼促進物質生成手段で燃焼促進物質を生成する。
【００５３】
以上、本実施形態では、内燃機関の燃焼室内において燃焼の遅い部分に、混合気の燃焼を促進させる燃焼促進物質が到達したときが点火時期となるようなタイミングで、前記燃焼促進物質を生成する。これによって、燃焼室の吸気側に存在する混合気の燃焼速度が向上するので、燃焼室の吸気側と排気側とでは燃焼速度が近づく。その結果、燃焼室全体においては、混合気の燃焼速度が均一に近づくので、燃焼室内の火炎面が均一に伝播するようになり、ノッキングを効果的に抑制することができる。そして、ノッキングの抑制により、内燃機関の出力向上や燃料消費の低減といった効果が得られる。また、燃焼促進物質により混合気の燃焼効率が向上することに起因して、内燃機関の出力向上や燃料消費の低減といった効果や、未燃ＨＣの減少によるエミッション悪化の抑制といった効果も得られる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
以上のように、本発明に係る内燃機関の燃焼制御装置及び内燃機関は、気筒内の空気にオゾン等の酸化性の強いガスを含ませて燃焼を改善する内燃機関に有用であり、特に、ノッキングの抑制に適している。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本実施形態係る内燃機関及びその制御系を示す断面図である。
【図２−１】本実施形態に係る内燃機関の燃焼制御を示す模式図である。
【図２−２】本実施形態に係る内燃機関の燃焼制御を示す模式図である。
【図２−３】本実施形態に係る内燃機関の燃焼制御を示す模式図である。
【図２−４】本実施形態に係る内燃機関の燃焼制御を示す模式図である。
【図２−５】本実施形態に係る内燃機関の燃焼制御を示す模式図である。
【図２−６】本実施形態に係る内燃機関の燃焼制御を示す模式図である。
【図３】本実施形態に係る内燃機関の燃焼制御装置を示す説明図である。
【図４】本実施形態に係る内燃機関の燃焼制御の手順を説明するフローチャートである。
【図５−１】本実施形態に係る内燃機関の燃焼制御に用いる筒内状態判定マップの一例を示す説明図である。
【図５−２】本実施形態に係る内燃機関の燃焼制御に用いる筒内状態判定マップの一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５６】
１  内燃機関
１ｈ  シリンダヘッド
２  気筒
２Ｂ  燃焼室
２Ｉ  気筒内
３  直噴噴射弁
４  コネテクティングロッド
５  ピストン
６  クランク軸
７  点火プラグ
８ｉ  吸気弁
８ｅ  排気弁
９ｉ  吸気口
９ｅ  排気口
１０  内燃機関の燃焼制御装置
１２  燃焼促進物質生成時期算出部
１３  燃焼促進物質生成制御部
２０  サージタンク
２１  吸気通路
２２  吸気管
２３  排気通路
３０  機関ＥＣＵ
４１  クランク角センサ
４２  吸気管圧力センサ
４３  エアフローセンサ
４４  吸気温度センサ
４５  アクセル開度センサ
５０  点火装置
６０、６１  制御マップ
【図１】
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【図２−１】
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【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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