(57)【要約】【課題】内燃機関が排出する排ガスが通過する触媒の温度を昇温させる必要がある場合に、燃焼室間における出力差に起因する低周波の振動を抑制すること。【手段】この内燃機関１は、複数の燃焼室１ｂ1〜１ｂ4を備えるとともに、同一の燃焼室には第１及び第２点火プラグ７1、７2が設けられる。ＮＯｘ吸蔵還元触媒８４の温度を上昇させる要求がある場合、少なくとも一つの燃焼室には理論空燃比よりも低い空燃比の混合気を導入し、また、少なくとも一つの燃焼室には理論空燃比よりも高い空燃比の混合気を導入する。そして、理論空燃比よりも低い空燃比の混合気が導入される燃焼室は、第１及び第２点火プラグ７1、７2を用いて点火し、理論空燃比よりも低い空燃比の混合気が導入される燃焼室は、第１点火プラグ７1を用いて点火する。さらに、理論空燃比よりも低い空燃比が導入される燃焼室においては、点火時期を遅角させる。【選択図】        図２
2007064078.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の点火プラグが設けられる燃焼室を複数備える内燃機関であり、
前記内燃機関が排出する排ガスが通過する触媒の温度を上昇させる要求がある場合、
少なくとも一つの燃焼室は理論空燃比よりも低い空燃比とし、また、少なくとも一つの燃焼室は理論空燃比よりも高い空燃比とし、
かつ、理論空燃比よりも低い空燃比とした燃焼室の点火に用いる点火プラグの数を、理論空燃比よりも高い空燃比とした燃焼室よりも多くするとともに、
理論空燃比よりも低い空燃比とした燃焼室の出力と理論空燃比よりも高い空燃比とした燃焼室の出力との出力差を、前記触媒の温度を上昇させる要求がある前よりも低下させることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
理論空燃比よりも低い空燃比とした燃焼室の点火時期を、前記触媒の温度を上昇させる要求がある前よりも遅角させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
理論空燃比よりも低い空燃比とした燃焼室では、燃焼速度が低下する領域まで空燃比を低くすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項４】
少なくとも、理論空燃比よりも低い空燃比とした燃焼室に、前記内燃機関の排ガスを還流させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項５】
理論空燃比よりも高い空燃比とした燃焼室においては、点火時期をＭＢＴとすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項６】
少なくとも、理論空燃比よりも低い空燃比とした燃焼室に設けられる点火プラグに投入する点火エネルギを、超リーン燃焼領域で、かつ前記燃焼室に設けられるすべての点火プラグを用いて点火する場合の点火エネルギよりも小さくすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項７】
燃焼室を複数備え、かつ同一の燃焼室に複数の点火プラグが設けられる内燃機関が排出する排ガスが通過する触媒の温度を上昇させる要求がある場合、理論空燃比よりも低い空燃比とした燃焼室における点火に用いる点火プラグの数を、理論空燃比よりも高い空燃比とした燃焼室における点火に用いる点火プラグの数よりも多く設定する点火プラグ設定部と、
理論空燃比よりも低い空燃比とした燃焼室の出力と理論空燃比よりも高い空燃比とした燃焼室の出力との出力差を、前記触媒の温度を上昇させる要求がある前よりも低下させる出力制御部と、
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８】
少なくとも、理論空燃比よりも低い空燃比とした燃焼室に設けられる点火プラグに投入する点火エネルギを、超リーン燃焼領域で、かつ前記燃焼室に設けられるすべての点火プラグを用いて点火する場合の点火エネルギよりも小さくする点火エネルギ設定部を含むことを特徴とする請求項７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、内燃機関の排ガスが通過する触媒を昇温させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料消費の低減を目的として、理論空燃比よりも希薄（リーン）な空燃比で混合気を燃焼させる、いわゆるリーン燃焼が可能な内燃機関が提案され、実用化されている。このような内燃機関では、リーン燃焼中に生成されるＮＯｘを三元浄化触媒で浄化することが困難であるため、リーン燃焼中に生成されるＮＯｘを吸蔵するＮＯｘ吸蔵還元触媒が用いられる。
【０００３】
ＮＯｘ吸蔵還元触媒は、本来ＮＯｘが吸蔵されるべきところに硫黄酸化物（ＳＯｘ）等が吸蔵されるとＮＯｘの吸蔵能力が低下する。このため、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に硫黄酸化物等が吸蔵された場合、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度を昇温させ、硫黄酸化物等を脱離させることによって、ＮＯｘの吸蔵能力を回復させる。特許文献１には、一部の気筒をリッチ（空気に対して燃料が過剰）の空燃比とし、また、一部の気筒をリーン（燃料に対して空気が過剰）の空燃比とするとともに、内燃機関全体としては理論空燃比として内燃機関を運転する。これによって、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度を昇温させ、これに吸蔵された硫黄酸化物等を脱離させる技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−６８６９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に開示されている技術は、リッチの空燃比で運転する気筒とリーンの空燃比で運転する気筒とが存在するため、気筒間で出力の差が生ずる。この気筒間出力差に起因して低周波の振動が発生し、ノイズや振動を増加させるおそれがある。
【０００６】
そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、内燃機関が排出する排ガスが通過する触媒の温度を昇温させる必要がある場合に、燃焼室間における出力差に起因する低周波の振動を抑制し、ノイズや振動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】
【０００７】
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、複数の点火プラグが設けられる燃焼室を複数備える内燃機関であり、前記内燃機関が排出する排ガスが通過する触媒の温度を上昇させる要求がある場合、なくとも一つの燃焼室は理論空燃比よりも低い空燃比とし、また、少なくとも一つの燃焼室は理論空燃比よりも高い空燃比とし、かつ、理論空燃比よりも低い空燃比とした燃焼室の点火に用いる点火プラグの数を、理論空燃比よりも高い空燃比とした燃焼室よりも多くするとともに、理論空燃比よりも低い空燃比とした燃焼室の出力と理論空燃比よりも高い空燃比とした燃焼室の出力との出力差を、前記触媒の温度を上昇させる要求がある前よりも低下させることを特徴とする。
【０００８】
この内燃機関は、上記構成により、理論空燃比よりも低い空燃比とした燃焼室の出力が低下して、理論空燃比よりも高い空燃比とした燃焼室との出力差が低減する。これによって、内燃機関が排出する排ガスが通過する触媒の温度を昇温させる必要がある場合に、燃焼室間における出力差に起因する低周波の振動を抑制し、ノイズや振動を抑制できる。
【０００９】
次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、理論空燃比よりも低い空燃比とした燃焼室の点火時期を、前記触媒の温度を上昇させる要求がある前よりも遅角させ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、理論空燃比よりも低い空燃比とした燃焼室では、燃焼速度が低下する領域まで空燃比を低くす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、少なくとも、理論空燃比よりも低い空燃比とした燃焼室に、前記内燃機関の排ガスを還流させ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、理論空燃比よりも高い空燃比とした燃焼室においては、点火時期をＭＢＴとすることを特徴とする。
【００１３】
次の本発明に係る内燃機関は、前記内燃機関において、少なくとも、理論空燃比よりも低い空燃比とした燃焼室に設けられる点火プラグに投入する点火エネルギを、超リーン燃焼領域で、かつ前記燃焼室に設けられるすべての点火プラグを用いて点火する場合の点火エネルギよりも小さく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、燃焼室を複数備え、かつ同一の燃焼室に複数の点火プラグが設けられる内燃機関が排出する排ガスが通過する触媒の温度を上昇させる要求がある場合、理論空燃比よりも低い空燃比とした燃焼室における点火に用いる点火プラグの数を、理論空燃比よりも高い空燃比とした燃焼室における点火に用いる点火プラグの数よりも多く設定する点火プラグ設定部と、理論空燃比よりも低い空燃比とした燃焼室の出力と理論空燃比よりも高い空燃比とした燃焼室の出力との出力差を、前記触媒の温度を上昇させる要求がある前よりも低下させる出力制御部と、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、上記構成により、理論空燃比よりも低い空燃比の混合気が導入される燃焼室の出力を低下させて、理論空燃比よりも高い空燃比の混合気が導入される燃焼室との出力差を低減させる。これによって、内燃機関が排出する排ガスが通過する触媒の温度を昇温させる必要がある場合に、燃焼室間における出力差に起因する低周波の振動を抑制し、ノイズや振動を抑制できる。
【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、少なくとも、理論空燃比よりも低い空燃比とした燃焼室に設けられる点火プラグに投入する点火エネルギを、超リーン燃焼領域で、かつ前記燃焼室に設けられるすべての点火プラグを用いて点火する場合の点火エネルギよりも小さくする点火エネルギ設定部を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る内燃機関及び内燃機関の運転制御装置では、内燃機関が排出する排ガスが通過する触媒の温度を昇温させる必要がある場合に、燃焼室間における出力差に起因する低周波の振動を抑制し、ノイズや振動を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照しつつ本発明を詳細に説明する。なお、以下に説明する発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）により本発明が限定されるものではない。また、以下の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が含まれる。本発明は、火花点火式の内燃機関であって、複数の点火プラグが設けられる燃焼室を複数備える内燃機関であれば、レシプロ式、ロータリー式を問わず適用できる。また、レシプロ式の内燃機関の本発明を適用する場合、気筒数及び気筒配置は問わない。さらに、点火プラグは同一の燃焼室に少なくとも２本設けられていればよく、同一の燃焼室に設けられる点火プラグの本数はこれに限定されるものではない。
【００１９】
（実施形態１）
実施形態１は、複数の点火プラグが設けられる燃焼室を複数備える内燃機関に適用されるものであり、次の点に特徴がある。すなわち、内燃機関が排出する排ガスが通過する触媒の温度を上昇させる要求がある場合、少なくとも一つの燃焼室は理論空燃比よりも低い空燃比とし、また、少なくとも一つの燃焼室は理論空燃比よりも高い空燃比とする。そして、理論空燃比よりも低い空燃比とした燃焼室の点火に用いる点火プラグの数を、理論空燃比よりも高い空燃比とした燃焼室よりも多くするとともに、理論空燃比よりも低い空燃比とした燃焼室の出力と理論空燃比よりも高い空燃比とした燃焼室の出力との出力差を、前記触媒の温度を上昇させる要求がある前よりも低下させる。
【００２０】
以下の説明では、理論空燃比よりも低い空燃比とした燃焼室の出力を、触媒の温度を上昇させる要求がある前よりも低下させることにより、理論空燃比よりも低い空燃比とした燃焼室の出力と理論空燃比よりも高い空燃比とした燃焼室の出力との出力差を、触媒の温度を上昇させる要求がある前よりも低下させる。しかし、これに限られず。理論空燃比よりも高い空燃比とした燃焼室の出力を、前記触媒の温度を上昇させる要求がある前よりも上昇させることにより、理論空燃比よりも低い空燃比とした燃焼室の出力と理論空燃比よりも高い空燃比とした燃焼室の出力との出力差を、触媒の温度を上昇させる要求がある前よりも低下させてもよい。
【００２１】
なお、理論空燃比よりも低い空燃比とした燃焼室には、例えば、理論空燃比よりも低い空燃比の混合気が導入され、理論空燃比よりも高い空燃比とした燃焼室には、例えば、理論空燃比よりも高い空燃比の混合気が導入される。また、理論空燃比よりも低い空燃比とした燃焼室から排出される燃焼ガス中の酸素濃度をＡ／Ｆセンサ等によって測定して得られた空燃比は、理論空燃比よりも低くなる。そして、理論空燃比よりも高い空燃比とした燃焼室から排出される燃焼ガス中の酸素濃度をＡ／Ｆセンサ等によって測定して得られた空燃比は、理論空燃比よりも高くなる。
【００２２】
図１は、実施形態１に係る内燃機関を示す概念図である。図２は、実施形態１に係る内燃機関１を示す概略図である。図１は、この実施形態に係る内燃機関が備える一つの燃焼室及び気筒を示し、図２は、この実施形態に係る内燃機関が備えるすべての燃焼室及び気筒を示す。この内燃機関１は、気筒１ｓ内をピストン５が往復運動する、いわゆるレシプロ式の内燃機関である。そして、この内燃機関１は、同一の燃焼室１ｂに複数の点火プラグを備え、運転条件に応じて複数の点火プラグのうち少なくとも一つを選択して放電させ、気筒１ｓが備える燃焼室１ｂ内の混合気に点火する。この実施形態においては、同一の燃焼室１ｂに、第１点火プラグ７1と第２点火プラグ７2とが備えられている。
【００２３】
図２に示すように、この実施形態に係る内燃機関は、４個の気筒１ｓ1〜１ｓ4が直列に配置される、いわゆる直列４気筒の内燃機関である。それぞれの気筒１ｓ1〜１ｓ4内にはそれぞれ燃焼室１ｂ1〜１ｂ4が設けられる。符号の添え字はそれぞれの気筒及び燃焼室の番号を示す。以下の説明において、それぞれの気筒１ｓ1〜１ｓ4及びそれぞれの燃焼室１ｂ1〜１ｂ4を表す符号の添え字を用いて、それぞれの気筒１ｓ1〜１ｓ4及びそれぞれの燃焼室１ｂ1〜１ｂ4を区別する。
【００２４】
この内燃機関１は、気筒１ｓの燃焼室１ｂ内へ直接燃料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。なお、吸気通路を構成する吸気ポート４内に燃料Ｆを噴射するポート噴射弁を備える内燃機関にも本発明は適用でき、また、ポート噴射弁と直噴噴射弁３とにより燃料を噴射する、いわゆるデュアル噴射弁の内燃機関にも本発明は適用できる。また、この実施形態に係る内燃機関１は、過給手段や可変圧縮機構を備えていてもよい。
【００２５】
ここで、この実施形態に係る内燃機関１は、吸気行程中に直噴噴射弁３から燃焼室１ｂ内へ燃料Ｆを噴射することで、ピストン５の往復運動によって燃料Ｆが燃焼室１ｂ内へ流入する空気Ａに対して均等に混合する。この混合気に点火し、燃焼させることで、内燃機関１は均質燃焼領域で運転される。内燃機関１が高負荷で運転される場合に、内燃機関１は均質燃焼領域で運転される。
【００２６】
また、この実施形態に係る内燃機関１では、直噴噴射弁３から噴射する燃料Ｆに対して理論空燃比よりも大きくなるように大量の空気Ａを燃焼室１ｂ内へ導入する。そして、圧縮行程中に燃焼室１ｂ内へ燃料Ｆを噴射し、その燃料噴霧Ｆｍをピストン５の頂部へ当てて点火プラグの周囲に到達させる。これによって、点火プラグの周囲にのみ可燃混合気を存在させ、この可燃混合気に点火し燃焼させることによって、リーン燃焼領域での運転が実現できる。内燃機関１が低負荷で運転される場合に、内燃機関１はリーン燃焼領域で運転される。
【００２７】
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（Engine Control Unit）３０は、アクセル開度センサ４４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、また開度センサ７３から送られる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。電子スロットル弁７０の開度、すなわち、バタフライバルブ７１の開度が変化することによって、吸気通路２１の空気流通面積が変化し、内燃機関１が吸入する空気量が変化する。
【００２８】
この内燃機関は、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置を備える。ＥＧＲ装置は、排ガス再循環装置であり、燃焼後の排ガスＥｘを、内燃機関１の吸気側から燃焼室１ｂに戻し、新たな空気とともに内燃機関１の燃焼室１ｂ内へ導入するものである。ＥＧＲ装置は、内燃機関１の排気側と吸気側とを接続する排ガス還流通路２６と、排ガス還流通路２６に設けられ、機関ＥＣＵ３０によって制御されるＥＧＲ弁８５とを含んで構成される。所定の運転条件でＥＧＲ弁８５を開いて排ガスＥｘを内燃機関１の燃焼室１ｂへ戻すことにより、混合気が燃焼するときの最高温度を低くしてＮＯｘの生成量を少なくする。これによって、排ガスＥｘ中の窒素酸化物を低減することができる。
【００２９】
内燃機関１に取り付けられたクランク角度センサ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、クランク角度センサ４１、排気温度センサ４２、Ａ／Ｆ（空燃比）センサ４３、アクセル開度センサ４４、冷却水温度センサ４５、吸気温度センサ４６、エアフローセンサ４７その他のセンサ類からの出力を取得して、点火時期や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に取り付けられる第１及び第２点火プラグ７1、７2に通電して、燃焼室１ｂ内の混合気に点火する。
【００３０】
このように、実施形態１に係る内燃機関１は、同一の燃焼室１ｂに複数の点火プラグ（この実施形態では２個）を備えるいわゆる多点点火式の内燃機関である。多点点火式の内燃機関は、リーン燃焼領域での運転やＥＧＲ時等のように、内燃機関１の燃焼が悪化する運転条件であるとき、混合気への着火性を向上させて燃焼を改善できる。また、リーン燃焼領域での運転において多点点火を用いれば、リーン限界を拡大して低ＮＯｘ及び燃料消費の低減を実現できるので好ましい。
【００３１】
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４７及び吸気温度センサ４６で流量及び温度が計測された後、吸気通路２０を通って、電子スロットル弁７０を通過して吸気通路２１へ導かれる。空気Ａは、吸気通路を構成するインテークマニホールド２２につながる吸気ポート４から吸気弁８ｉを通って燃焼室１ｂ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。この混合気は第１点火プラグ７1又は第２点火プラグ７2の少なくとも一方で着火されて、火炎伝播により燃焼する。なお、この実施形態において、点火時期は、クランク角度センサ４１からの信号に基づいて決定される。
【００３２】
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６ｃ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、排気弁８ｅを通って排気ポート９へ排出される。そして、この排ガスＥｘはエキゾーストマニホールド２４を通って三元浄化触媒８３へ集められ、ここで浄化された後、ＮＯｘ吸蔵還元触媒８４を通って大気中へ排出される。
【００３３】
三元浄化触媒８３は、理論空燃比の混合気が燃焼したときに発生する排ガスＥｘ中に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、及び窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するとともに、リーン空燃比、すなわち理論空燃比よりも高い空燃比の混合気が燃焼したときに発生する排ガスＥｘ中に含まれるＨＣ、及び一酸化炭素ＣＯを浄化する。なお、リーン空燃比の混合気が燃焼したときに発生する排ガスＥｘ中に含まれるＮＯｘは、三元浄化触媒８３では浄化が困難であるため、三元浄化触媒８３の下流に設けられるＮＯｘ吸蔵還元触媒８４で浄化する。
【００３４】
ＮＯｘ吸蔵還元触媒８４は、リーン空燃比の混合気が燃焼したときに発生する排ガスＥｘ中に含まれるＮＯｘを一時的に吸蔵し、理論空燃比よりもリッチな空燃比の混合気、すなわち理論空燃比よりも空燃比の低い混合気が燃焼したとき、一時的に吸蔵したＮＯｘを排ガス中に含まれるＨＣ等によって窒素（Ｎ2）に還元する。ＮＯｘ吸蔵還元触媒８４に吸蔵されたＮＯｘが飽和しないように、所定のタイミングで、一時的に理論空燃比よりもリッチ（すなわち空気に対して燃料が過剰の状態）な空燃比で燃焼（リッチ燃焼）させる。そして、リッチ燃焼の排ガスＥｘに含まれる未燃のＨＣ等によってＮＯｘ吸蔵還元触媒８４に吸蔵されたＮＯｘをＮ2に還元し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒８４に吸蔵されたＮＯｘを除去する。これを、リッチスパイク制御という。次に、点火プラグの配置について説明する。
【００３５】
図３−１〜図３−４は、実施形態１に係る内燃機関の点火プラグ配置例を示す平面図である。図３−１に示すように、この実施形態に係る内燃機関１は、燃焼室１ｂの中央部１ｃと、燃焼室１ｂのボア１ｔ側とに、それぞれ少なくとも１個の点火プラグを備える。燃焼室１ｂの中央部１ｃに配置される点火プラグは第１点火プラグであり、燃焼室１ｂのボア１ｔ側に配置される点火プラグは第２点火プラグである。図３−１に示すように、内燃機関１のシリンダヘッド１ｈには、第１点火プラグ７1が燃焼室１ｂの中央部１ｃに配置され、第２点火プラグ７2が燃焼室１ｂのボア１ｔ側であって、吸気弁８ｉ2と排気弁８ｅ2との間に配置される。
【００３６】
ここで、燃焼室１ｂの中央部１ｃについて説明する。まず、図３−１に示すように、交差して配置される吸気弁８ｉ1と排気弁８ｅ2との外周上において吸気弁８ｉ1と排気弁８ｅ2とが最短距離となる点ｉ1、ｅ1、及び、交差して配置される及び吸気弁８ｉ2と排気弁８ｅ1との外周上において吸気弁８ｉ2と排気弁８ｅ1とが最短距離となる点ｉ2、ｅ2上で接線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３及びＬ４を結ぶ。そして、各接線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４と、各接線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４の交点とで囲まれる領域の内側が、燃焼室１ｂの中央部１ｃに相当する。また、各接線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４と、各接線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４の交点とで囲まれる領域の外側が、燃焼室１ｂのボア１ｔ側に相当する。
【００３７】
なお、図３−２に示すような、吸気弁８ｉと排気弁８ｅとをそれぞれ１個ずつ備える場合には、燃焼室１ｂの中央部１ｃ及びボア１ｔ側は次のように扱う。吸気弁８ｉと排気弁８ｅとの最短距離Ｌｍｉｎを１辺とする四角形の内側の領域が、燃焼室１ｂの中央部１ｃに相当する。また、吸気弁８ｉと排気弁８ｅとの最短距離Ｌｍｉｎを１辺とする四角形の外側の領域が、燃焼室１ｂのボア１ｔ側に相当する。
【００３８】
また、この実施形態において、図３−３、図３−４に示すように、内燃機関１は、３以上の点火プラグを用いてもよい。例えば、図３−３に示す例では、第２、第３点火プラグ７2、７3を、燃焼室１ｂのボア１ｔ側であって、吸気弁８ｉ1と排気弁８ｅ1との間、及び吸気弁８ｉ2と排気弁８ｅ2との間にそれぞれ配置する。図３−４に示す例では、第１点火プラグ７1、第２点火プラグ７2を燃焼室１ｂの中央部１ｃに配置し、第３点火プラグ７3を燃焼室１ｂのボア１ｔ側であって、吸気弁８ｉ2と排気弁８ｅ2との間に配置する。
【００３９】
なお、この実施形態に係る内燃機関１は、複数の点火プラグを同一の燃焼室１ｂに備えていればよく、必ずしも燃焼室１ｂの中央部１ｃとボア１ｔ側とに点火プラグを分けて配置する必要はない。例えば、燃焼室１ｂの中央部１ｃに複数の点火プラグを配置してもよい。ただし、図３−１〜図３−４に示すように、燃焼室１ｂの中央部１ｃとボア１ｔ側とに点火プラグを分けて配置すれば、燃焼室１ｂ内における混合気の流れの状況に応じた点火を実現したり、点火プラグを配置する際の自由度が向上したりするという利点がある。次に、この実施形態に係る内燃機関１が備える点火系について説明する。
【００４０】
図４は、実施形態１に係る内燃機関が備える点火系を示す説明図である。点火系５０は、第１及び第２点火プラグ７1、７2と、点火装置５１1、５１2等とを含んで構成される。ここで、点火装置の数は、内燃機関１が備える燃焼室１ｂの数に対応している。この実施形態に係る内燃機関１は４気筒であり４個の燃焼室１ｂ1〜１ｂ4を備えるため、点火装置は４個備えられる（図２参照）。
【００４１】
それぞれの点火装置５１1、５１2等は、それぞれ第１の放電装置５２1と、第２の放電装置５２2とで構成される。なお、第１及び第２の放電装置５２1、５２1は、燃焼室１ｂに設けられるそれぞれの点火プラグに対して用意される。第１及び第２の放電装置５２1、５２2には、イグナイターとイグニッションコイルとが含まれている。イグナイターは、機関ＥＣＵ３０から送られる点火信号に基づいてイグニッションコイルに通電し、機関ＥＣＵ３０によって決定されるタイミングで、各燃焼室１ｂ1、１ｂ2等が備える第１点火プラグ７1、第２点火プラグ７2から放電させる。
【００４２】
また、第１及び第２の放電装置５２1、５２1は、点火エネルギを変化させることができる。例えば、点火プラグの放電電流を一定として、放電時間を変化させることで、点火プラグ１本あたりの総点火エネルギを変化させることができる。また、点火プラグの放電時間を一定として、放電電流を変化させることにより、点火プラグ１本あたりの総点火エネルギを変化させることができる。さらに、点火プラグの放電電流とともに放電時間を変化させることによっても、点火プラグ１本あたりの総点火エネルギを変化させることができる。次に、この実施形態に係る内燃機関の運転制御装置の構成を説明する。
【００４３】
図５は、実施形態１に係る内燃機関の運転制御装置を示す説明図である。この実施形態に係る内燃機関の運転制御は、この内燃機関の運転制御装置１０を用いて実現できる。図２に示すように、内燃機関の運転制御装置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、入力インターフェイス３８及び出力インターフェイス３９とから構成される。
【００４４】
なお、機関ＥＣＵ３０とは別個に、この実施形態に係る内燃機関の運転制御装置１０を用意し、これを機関ＥＣＵ３０に接続してもよい。そして、この実施形態に係る内燃機関の運転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、前記内燃機関の運転制御装置１０が利用できるように構成してもよい。
【００４５】
この実施形態に係る内燃機関の運転制御装置１０は、点火プラグ設定部１１、出力設定部１２と、点火エネルギ設定部１３と、点火制御部１４とを含む。これらのうち、点火プラグ設定部１１、出力設定部１２と、点火エネルギ設定部１３と、点火制御部１４とは、この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。この実施形態において、内燃機関の運転制御装置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。
【００４６】
ＣＰＵ３０Ｐと、記憶部３０Ｍとは、バス３５3により接続される。また、内燃機関の運転制御装置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、内燃機関の運転制御装置１０を構成する点火プラグ設定部１１と出力設定部１２と点火エネルギ設定部１３と点火制御部１４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、内燃機関の運転制御装置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、内燃機関の運転制御装置１０の制御を機関ＥＣＵ３０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。
【００４７】
入力ポート３６には、入力インターフェイス３８が接続されている。入力インターフェイス３８には、クランク角度センサ４１、排気温度センサ４２、Ａ／Ｆセンサ４３、アクセル開度センサ４４、冷却水温度センサ４５、吸気温度センサ４６、エアフローセンサ４７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、入力インターフェイス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３８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。
【００４８】
出力ポート３７には、出力インターフェイス３９が接続されている。出力インターフェイス３９には、点火系５０を構成する第１及び第２点火装置５１1、５１2等の、内燃機関１の運転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。
【００４９】
記憶部３０Ｍには、この実施形態に係る内燃機関の運転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。
【００５０】
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、この実施形態に係る内燃機関の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、点火プラグ設定部１１、出力設定部１２、点火エネルギ設定部１３及び点火制御部１４との機能を実現するものであってもよい。
【００５１】
この実施形態に係る内燃機関の運転制御は、内燃機関１の排ガスが通過する触媒（例えば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒８４、三元浄化触媒８３）を昇温させる際に実行される。この実施形態に係る内燃機関の運転制御について説明する前に、触媒を昇温させる場合について説明する。なお、この実施形態に係る内燃機関の運転制御は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒８４、三元浄化触媒８３のみならず、内燃機関の排ガスＥｘと燃料とを通過させ、水素を含む改質ガスを生成する、いわゆる改質触媒に対しても適用できる。
【００５２】
上述したように、ＮＯｘ吸蔵還元触媒８４には、リーン空燃比の混合気が燃焼したときに発生する排ガスＥｘ中に含まれるＮＯｘが一時的に吸蔵されるが、ＮＯｘ吸蔵還元触媒８４には、ＮＯｘのみならず硫黄酸化物（ＳＯｘ）等も吸蔵される。この場合、ＮＯｘ吸蔵還元触媒８４において、本来ＮＯｘが吸蔵されるべきところへＳＯｘ等が吸蔵されるため、ＮＯｘの吸蔵能力が低下する。このため、例えば、機関ＥＣＵ３０が式（１）に基づいてＳＯｘの吸蔵量を、例えば燃料噴射タイミング毎に推定する。そして、ＮＯｘ吸蔵還元触媒８４に吸蔵されるＳＯｘの量が予め定める制限値を超えた場合には、機関ＥＣＵ３０がＳＯｘをＮＯｘ吸蔵還元触媒８４から脱離させる。これを、硫黄被毒回復という。
Ｓi＝Ｓi-1＋ＳＵ＋ＳＤ  ・・・（１）
ここで、Ｓiは今回のＳＯｘ吸蔵量、Ｓi-1は前回のＳＯｘ吸蔵量、ＳＵはＳＯｘの増加量、ＳＤはＳＯｘの減少量を示す。
【００５３】
式（１）において、前回のＳＯｘ吸蔵量Ｓi-1は、所定周期毎に算出されるＳＯｘ吸蔵量において、今回のＳＯｘ吸蔵量Ｓiを算出する一回前の算出タイミングで算出されたものであり、初回のＳＯｘ吸蔵量Ｓ1の算出時においては「０」に設定される。式（１）のＳＯｘ増加量ＳＵは、一回の燃料噴射における燃料に含まれる硫黄（Ｓ）によるＳＯｘ吸蔵量の増加分を表している。
【００５４】
ＳＵを算出するため、まず、所定周期毎に算出される燃料噴射量の指定値Ｑｆｉｎ、すなわち一回の燃料噴射で噴射される燃料Ｆの量の指令値に、予め定められた値である燃料中の硫黄濃度Ｎを「１００」で除した値（Ｎ／１００）が乗算される。その結果として得られる値であるＱｆｉｎ×（Ｎ／１００）は、一回の燃料噴射における燃料に含まれる硫黄量を表すパラメータとなる。この硫黄量を表すパラメータを、ＳＯｘ吸蔵量を表すパラメータに変換するための係数をＫとすると、硫黄量を表すパラメータであるＱｆｉｎ×（Ｎ／１００）に前記係数Ｋを乗算することで、ＳＯｘ増加量であるＳＵを求めることができる。
【００５５】
前記係数Ｋは、Ａ／Ｆセンサ４３からの検出信号に基づいて求められる内燃機関１全体としての空燃比Ａ／Ｆ＿Ｅと、所定の計算式から求められるＮＯｘ吸蔵還元触媒８４の触媒温度（以下ＮＯｘ触媒温度という）Ｔ＿Ｎとに基づいて、予め実験やシミュレーション等によって求められたマップを参照して求められる。前記係数Ｋは、内燃機関１全体としての空燃比Ａ／Ｆ＿Ｅが理論空燃比よりもリーン（すなわち空気が燃料に対して過剰）側の値であるとき、リーンになるほど、かつＮＯｘ触媒温度Ｔ＿Ｎが高くなるほど大きくなる。
【００５６】
なお、内燃機関１全体としての空燃比Ａ／Ｆ＿Ｅは、Ａ／Ｆセンサ４３からの検出信号に基づいて求められる。また、ＮＯｘ触媒温度Ｔ＿Ｎを算出するための所定の計算式には、クランク角度センサ４１からの検出信号に基づいて求められる内燃機関１の機関回転数ＮＥと、エアフローセンサ４７の検出信号に基づいて求められる内燃機関１の吸入空気量から求める体積効率ηとが用いられる。
【００５７】
上記式（１）のＳＯｘ減少量ＳＤは、内燃機関１全体としての空燃比Ａ／Ｆ＿Ｅ、及びＮＯｘ触媒温度Ｔ＿Ｎに基づいて、予め実験やシミュレーション等によって求められたマップを参照して求められる。そして、ＳＯｘ減少量ＳＤは、その空燃比Ａ／Ｆ＿Ｅ、及びＮＯｘ触媒温度Ｔ＿ＮであるときのＳＯｘ吸蔵量の減少分、すなわちＮＯｘ吸蔵還元触媒８４から脱離するＳＯｘの量を示している。
【００５８】
そして、ＳＯｘ減少量ＳＤは、内燃機関１全体としての空燃比Ａ／Ｆ＿Ｅが理論空燃比、又は理論空燃比よりもリッチ（すなわち燃料が空気に対して過剰）側の値であるときには、ＮＯｘ触媒温度Ｔ＿Ｎが高く、かつ空燃比がリッチになるほど、０よりも小さい値になる。すなわち、かかる条件で、ＮＯｘ吸蔵還元触媒８４から脱離するＳＯｘの量は増加する。一方、内燃機関１全体としての空燃比Ａ／Ｆ＿Ｅが理論空燃比よりもリーン側である場合、ＳＯｘ減少量ＳＤは０に維持される。
【００５９】
このため、ＮＯｘ吸蔵還元触媒８４に吸蔵されたＳＯｘ等を脱離させる、すなわち硫黄被毒回復のためには、ＮＯｘ吸蔵還元触媒８４の温度を昇温させたり、内燃機関１全体としての空燃比Ａ／Ｆ＿Ｅを理論空燃比、又は理論空燃比よりもリッチ側として内燃機関１を運転し、その排ガスＥｘ中に含まれる酸素（Ｏ2）の濃度を低下させたりすることが有効である。例えば、ＮＯｘ触媒温度Ｔ＿Ｎを６００℃程度まで昇温させた状態で、内燃機関１全体としての空燃比Ａ／Ｆ＿Ｅを理論空燃比、又は理論空燃比よりもリッチ側として内燃機関１を運転する。
【００６０】
この実施形態において、ＮＯｘ吸蔵還元触媒８４の硫黄被毒回復を実行する際には、機関ＥＣＵ３０が、内燃機関１の一部の燃焼室における空燃比Ａ／Ｆを理論空燃比よりも低くするとともに、他の燃焼室における空燃比Ａ／Ｆを理論空燃比よりも高くする。そして、内燃機関１全体としての空燃比Ａ／Ｆ＿Ｅを理論空燃比、又は理論空燃比よりもリッチ側とする昇温制御を実行する。すなわち、燃焼室別に異なる空燃比Ａ／Ｆで内燃機関１を運転する。これによって、理論空燃比よりも低い空燃比とした燃焼室からは未燃のＨＣ等が排出され、これが理論空燃比よりも高い空燃比とした燃焼室から排出される過剰の酸素と反応し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒８４を昇温させる。その結果、ＮＯｘ吸蔵還元触媒８４からＳＯｘ等が脱離するので、上記ＳＯｘ吸蔵量Ｓiが減少する。これによって、ＮＯｘ吸蔵還元触媒８４の浄化性能が回復する。
【００６１】
ここで、三元浄化触媒８３にも硫黄分が蓄積し、これがＨ2Ｓの元となって、排ガスに臭いを生じさせることがある。したがって、三元浄化触媒８３に硫黄分が蓄積した場合には、これを脱離させることが好ましい。例えば、所定時間内燃機関１を運転した場合に三元浄化触媒８３を昇温させて、三元浄化触媒８３に蓄積された硫黄分を脱離させる。あるいは、例えば、燃料噴射回数や燃料に含まれる硫黄分等に基づいて三元浄化触媒８３に蓄積された硫黄分の量を推定し、この量が所定の制限値に達したら、三元浄化触媒８３を昇温させて、三元浄化触媒８３に蓄積された硫黄分を脱離させる。三元浄化触媒８３の昇温は、例えば、点火時期を遅角させることにより実現できる。
【００６２】
また、三元浄化触媒８３やＮＯｘ吸蔵還元触媒８４の他にも、内燃機関１の排ガスと炭化水素を含む燃料（例えばガソリン）との混合気を改質して、水素を含む改質ガスを生成する改質触媒（例えばロジウム系の触媒）がある。このような改質触媒も、燃料中の硫黄分が蓄積することで改質性能が低下するが、このような場合にも改質触媒を昇温させて、蓄積した硫黄分を脱離させて、改質性能を回復させる。例えば、改質性能が低下することにより生成される水素が少なくなることに起因する内燃機関のトルク変動を回転変動として検出し、この回転変動が所定の制限値を超えたら、改質触媒を昇温させる。次に、この実施形態に係る内燃機関の運転制御について説明する。この説明においては、適宜図１〜図５を参照されたい。
【００６３】
図６は、実施形態１に係る内燃機関の運転制御の手順を説明するフローチャートである。実施形態１に係る内燃機関の運転制御は、図５に示す内燃機関の運転制御装置１０によって実現できる。この実施形態に係る内燃機関１を運転するにあたり、機関ＥＣＵ３０の機関制御部３０Ｃは、触媒（この実施形態ではＮＯｘ吸蔵還元触媒８４あるいは三元浄化触媒８３）を昇温させるか否かについて判定する（ステップＳ１０１）。例えば、機関制御部３０Ｃは、上記式（１）のＳＯｘ吸蔵量Ｓiが所定の制限値に達したら、ＮＯｘ吸蔵還元触媒８４を昇温させて硫黄被毒回復を実行すると判定する。
【００６４】
触媒昇温をさせる必要がない場合（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、この内燃機関の運転制御ルーチンを終了する。触媒を昇温させる必要がある場合（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、燃焼室別に異なる空燃比Ａ／Ｆで内燃機関１を運転すること（以下燃焼室別Ａ／Ｆ制御という）によって硫黄被毒回復をする場合であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。すなわち、ＮＯｘ吸蔵還元触媒８４の硫黄被毒を回復する場合であるか否かを判定する。
【００６５】
燃焼室別Ａ／Ｆ制御を実行しない場合（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、この内燃機関の運転制御ルーチンを一旦終了させ、三元浄化触媒８３に対する硫黄被毒回復の制御へ移行する。この硫黄被毒回復の制御には、例えば、内燃機関１の点火時期を全体的に遅角させるものがある。また、次に説明する燃焼室別Ａ／Ｆ制御を、三元浄化触媒８３に対する硫黄被毒回復の制御に用いてもよい。
【００６６】
燃焼室別Ａ／Ｆ制御を実行する場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、機関ＥＣＵ３０の機関制御部３０Ｃは、理論空燃比よりも空燃比が低い混合気が導入される燃焼室（以下リッチ燃焼室）と、理論空燃比よりも空燃比が高い混合気が導入される燃焼室（以下リーン燃焼室）とを決定する。そして、それぞれの燃焼室の空燃比Ａ／Ｆ＿Ｂを決定する。このとき、内燃機関１全体としての空燃比Ａ／Ｆ＿Ｅが理論空燃比、又は理論空燃比よりもリッチ側となるようにする。
【００６７】
燃焼室別Ａ／Ｆ制御を実行する場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、この実施形態に係る内燃機関の運転制御装置１０の点火プラグ設定部１１は、内燃機関１の各燃焼室１ｂ1〜１ｂ4の空燃比Ａ／Ｆ＿Ｂに応じて、点火に用いる点火プラグを選択する。このため、点火プラグの選択にあたり、点火プラグ設定部１１は、点火プラグの選択対象である燃焼室がリーン燃焼室であるか否かを判定する（ステップＳ１０３）。
【００６８】
点火プラグの選択対象である燃焼室がリーン燃焼室である場合（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、その燃焼室においては、一つの燃焼室あたり２個設けられる第１又は第２点火プラグ７1、７2のうち、いずれか一方を用いて点火する。すなわち、リーン燃焼室に対しては、１点点火とする（ステップＳ１０４）。リーン燃焼室で用いる点火プラグは、燃焼室の中央部に設けられる第１点火プラグ７1を用いると火炎伝播が対称になるため好ましい。しかし、これに限られず、燃焼室内に導入される混合気の流動状態や内燃機関１の運転条件に応じて、いずれか一方を適宜選択できる。
【００６９】
次に、この実施形態に係る内燃機関の運転制御装置１０の出力設定部１２は、点火プラグを選択したリーン燃焼室の点火時期を設定する（ステップＳ１０５）。リーン燃焼室では、出力が小さくなるので、リーン燃焼室の点火時期は、ＭＢＴ（Minimum advance for the Best Torque）を選んで出力を向上させる。ＭＢＴは、最も高いトルクが得られる点火時期であり、最適点火時期という。
【００７０】
点火プラグの選択対象である燃焼室がリーン燃焼室でない場合（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、すなわち、当該燃焼室がリッチ燃焼室である場合、その燃焼室においては、一つの燃焼室あたり２個設けられる第１及び第２点火プラグ７1、７2の両方を用いて点火する。すなわち、リッチ燃焼室に対しては、２点点火とする（ステップＳ１０６）。次に、この実施形態に係る内燃機関の運転制御装置１０の出力設定部１２は、点火プラグを選択したリッチ燃焼室の点火時期を設定する（ステップＳ１０７）。このとき、出力設定部１２は、リッチ燃焼室での出力を低下させる。この実施形態においては、出力設定部１２が、リッチ燃焼室での点火時期を、触媒昇温の要求がある前の点火時期よりも所定量遅角させる。この場合、少なくともリーン燃焼室よりも点火時期を遅角させることが好ましい。これによって、リッチ燃焼室の出力を低下させる。
【００７１】
内燃機関１の各燃焼室１ｂ1〜１ｂ4の点火に用いる点火プラグ、及び点火時期を決定したら、この実施形態に係る内燃機関の運転制御装置１０の点火制御部１４は、決定された条件で内燃機関１に対する点火を実行する（ステップＳ１０８）。このように、この実施形態においては、燃焼室別Ａ／Ｆ制御により触媒を昇温させるにあたって、リッチ燃焼室では多点点火とし、リッチ燃焼室で用いる点火プラグの数をリーン燃焼室で用いる点火プラグの数よりも多くする。そして、リッチ燃焼室における点火時期をそれまでの点火時期よりも所定量遅角させる。
【００７２】
上記燃焼室別Ａ／Ｆ制御を実行すると、リーン燃焼室では出力が低下する一方、リッチ燃焼室では出力が増加する。これに起因して低周波振動が発生し、ノイズや振動を増加させるおそれがある。このため、リッチ燃焼室の点火時期を遅角させることによってリッチ燃焼室の出力をリーン燃焼室の出力に近づける。これによって、燃焼室間における出力差、すなわち、リーン燃焼室の出力とリッチ燃焼室の出力との差を小さくすることができるので、低周波振動が低減し、その結果ノイズや振動の増加を抑制できる。なお、例えば、リーン燃焼室の点火時期を進角させる等によって、リーン燃焼室の出力をリッチ燃焼室の出力に近づけて、リーン燃焼室の出力とリッチ燃焼室の出力との差を小さくしてもよい（以下同様）。
【００７３】
ここで、リッチ燃焼室で点火時期を遅角させる場合、遅角量が大きくなると、燃焼が不安定となるおそれがある。このため、リッチ燃焼室で用いる点火プラグの数を、リーン燃焼室で用いる点火プラグの数よりも多くする。この実施形態では、リッチ燃焼室を２点点火とするとともに、リーン燃焼室は１点点火とする。これによって、リッチ燃焼室においては点火時期の遅角による燃焼の悪化を抑制して、安定して混合気を燃焼させることができる。また、リッチ燃焼室を多点点火とすることで、点火時期の遅角の程度をより大きくできるので、リッチ燃焼室における出力の調整幅を大きくすることができる。
【００７４】
また、リッチ燃焼室においては、点火時期の遅角の程度をより大きくできるので、点火時期の遅角による触媒の昇温効果が大きくなる。これによって、燃焼室別Ａ／Ｆ制御の程度を少なくすることができる。
【００７５】
一方、リーン燃焼室で用いる点火プラグの数はリッチ燃焼室よりも少ないので、点火に要する消費電力を低減でき、その結果、内燃機関１の燃料消費を抑制できる。燃焼室別Ａ／Ｆ制御においては、リーン燃焼室とリッチ燃焼室との比率にもよるが、リーン燃焼室における空燃比Ａ／Ｆは、超リーン（空燃比Ａ／Ｆでおよそ２０を超えるような場合）とはならない場合が多い。このため、多点点火を用いなくとも、燃焼の悪化は許容範囲内となり、多点点火を用いる必要はない。
【００７６】
次に、リッチ燃焼室における出力を低下させる他の手法を説明する。例えば、リッチ燃焼室に導入される混合気の空燃比を、その燃焼速度が低下する領域（超リッチ、空燃比Ａ／Ｆでおよそ１２以下）とする。これにより、リッチ燃焼室における出力を低下させることができる。すなわち、混合気の空燃比が理論空燃比よりも低くなるにしたがって燃焼速度も上昇するが、燃料が空気に対して過剰になりすぎると、反対に燃焼速度は低下する。
【００７７】
このように、混合気が超リッチの状態では燃焼速度が遅くなるため、その結果として出力が低下する。ここで、燃料の割合が空気に対して多すぎると、失火の危険性が高くなる。この実施形態では、燃焼室別Ａ／Ｆ制御において、リッチ燃焼室に対しては多点点火とするので、燃料の割合が空気に対して高い混合気に対しても確実に点火して燃焼させることができる。
【００７８】
このように、リッチ燃焼室の空燃比を超リッチ（空燃比Ａ／Ｆでおよそ１２以下）とすれば、リッチの程度が小さい場合（空燃比Ａ／Ｆで１３〜１４程度）と比較して、未燃ＨＣの量が急激に増加する。これによって、触媒の昇温に寄与する未燃ＨＣを効率よく生成できるので、触媒を迅速に昇温させることができる。また、多点点火させるリッチ燃焼室の数を少なくしても、効率よく未燃ＨＣを生成できるので、多点点火させる燃焼室が少なくなる分、点火に要する消費電力も低減できる。その結果、内燃機関１の燃料消費を抑制できる。
【００７９】
また、リッチ燃焼室に対してＥＧＲを実行することによっても、吸入空気量が減少し、燃焼速度が遅くなるため、ＥＧＲを実行したリッチ燃焼室における出力を低下させることができる。なお、すべての燃焼室に対してＥＧＲが実行されている場合、リッチ燃焼室のＥＧＲ率（ＥＧＲ量／（ＥＧＲ量＋吸入空気量））をリーン燃焼室よりも高くする。ここで、ＥＧＲ率が高くなると、ＥＧＲ率が低い場合と比較して着火しにくく、かつ燃焼速度が低下する。この実施形態では、燃焼室別Ａ／Ｆ制御において、リッチ燃焼室に対しては多点点火とするので、ＥＧＲ率を高くしても確実に点火して燃焼させることができる。ここで、燃焼室毎にＥＧＲ率を変化させるためには、例えば、内燃機関１の排気側と吸気側とを接続する排ガス還流通路２６と、排ガス還流通路２６に設けられるＥＧＲ弁８５とを含んで構成されるＥＧＲ装置（図１参照）を、それぞれの燃焼室に対して設ければよい。
【００８０】
以上、この実施形態では、三元浄化触媒やＮＯｘ吸蔵還元触媒を昇温させる際に燃焼室別Ａ／Ｆ制御を実行するにあたり、リッチ燃焼室で点火に用いる点火プラグの数を、リーン燃焼室よりも多くする。これによって、燃焼室別Ａ／Ｆ制御時において、燃焼室間における出力差に起因する低周波の振動を抑制し、ノイズや振動を抑制できる。
【００８１】
（実施形態２）
実施形態２は、実施形態１とほぼ同様であるが、少なくともリッチ燃焼室における点火エネルギを、超リーン燃焼領域（空燃比Ａ／Ｆでおよそ２０を超えるような場合）において多点点火をする際の点火エネルギよりも小さくする点が異なる。他の構成は実施形態１と同様である。次に、この実施形態に係る内燃機関の運転制御の手順を説明する。なお、この実施形態に係る内燃機関の運転制御は、実施形態１で説明した内燃機関の運転制御装置１０（図５参照）によって実現できる。次の説明においては適宜図１〜図５を参照されたい。
【００８２】
図７は、実施形態２に係る内燃機関の運転制御の手順を示すフローチャートである。図８は、空燃比に対する点火エネルギの関係の一例を示す説明図である。実施形態２に係る内燃機関の運転制御におけるステップＳ２０１〜ステップＳ２０３は、実施形態１に係る内燃機関の運転制御におけるステップＳ１０１〜ステップＳ１０３（図６）と同様なので、説明を省略する。
【００８３】
点火プラグの選択対象である燃焼室がリーン燃焼室である場合（ステップＳ２０３：Ｙｅｓ）、その燃焼室は１点点火とする（ステップＳ２０４）。次に、この実施形態に係る内燃機関の運転制御装置１０の点火エネルギ設定部１３は、リーン燃焼室に設けられる点火プラグに与える点火エネルギを、第１の点火エネルギとする（ステップＳ２０５）。ここで、第１の点火エネルギとは、図８に示す点火エネルギＱlである。点火エネルギ（第１の点火エネルギ）Ｑlは、超リーンで、かつ多点点火（この実施形態では２点点火）するときの点火エネルギである。
【００８４】
その後、この実施形態に係る内燃機関の運転制御装置１０の出力設定部１２は、点火プラグを選択したリーン燃焼室の点火時期を設定する（ステップＳ２０６）。リーン燃焼室では出力が小さくなるので、リーン燃焼室の点火時期は、ＭＢＴを選んで出力を向上させる。なお、上記ステップＳ２０５及びステップＳ２０６の順番は問わない。
【００８５】
点火プラグの選択対象である燃焼室がリーン空燃比でない場合（ステップＳ２０３：Ｎｏ）、すなわち、当該燃焼室がリッチ燃焼室である場合、その燃焼室は２点点火とする（ステップＳ２０７）。次に、この実施形態に係る内燃機関の運転制御装置１０の点火エネルギ設定部１３は、リッチ燃焼室に設けられる点火プラグに与える点火エネルギを、第２の点火エネルギとする（ステップＳ２０８）。ここで、第２の点火エネルギは、図８に示す点火エネルギＱl、すなわち、超リーン燃焼領域で、かつ多点点火するときの点火エネルギよりも小さい値である。
【００８６】
リッチ燃焼室においては、混合気がリッチ、すなわち空気に対して燃料が過剰であるため、着火性も良好であり、また、着火遅れも小さい。このため、点火エネルギを小さくすることができる。また、リッチ燃焼室では多点点火とするので、燃焼安定性も確保できる。このように、リッチ燃焼室においては、点火エネルギを、超リーン燃焼領域で、かつ多点点火するときの点火エネルギよりも小さくするので、点火に要する電力の消費を抑制して、内燃機関１の燃料消費を抑制できる。なお、リッチ燃焼室においては、リッチの程度、すなわち空燃比Ａ／Ｆの値によって点火エネルギを変更してもよい。
【００８７】
点火エネルギを減少させる際には、第１点火プラグ７1又は第２点火プラグ７2のうち、少なくとも一方に投入する点火エネルギを小さくする。例えば、燃焼室１ｂの中央部１ｃにおいては、着火性が良好であるため、燃焼室１ｂの中央部１ｃに配置される第１点火プラグ７1に投入する点火エネルギを減少させてもよい。また、燃焼室１ｂ内へスワール流を生成して燃焼を改善するような場合には、燃焼室１ｂのボア１ｔ側の方が着火性はよくなる場合がある。このような場合には、燃焼室１ｂのボア１ｔ側に配置される第２点火プラグ７2に投入する点火エネルギを減少させてもよい。また、内燃機関１の運転条件によっては、第１及び第２点火プラグ７1、７2両方の点火エネルギを減少させてもよい。このように、燃焼室１ｂ内における混合気の流動状態や内燃機関１の運転条件に応じて、点火エネルギを減少させる点火プラグを決定する。
【００８８】
その後、この実施形態に係る内燃機関の運転制御装置１０の出力設定部１２は、点火プラグを選択したリッチ燃焼室の点火時期を設定する（ステップＳ２０９）。このとき、リッチ燃焼室での点火時期をそれまでの点火時期よりも遅角させ、少なくともリーン燃焼室よりも点火時期を遅角させる。これによって、リッチ燃焼室の出力を低下させる。なお、上記ステップＳ２０８及びステップＳ２０９の順番は問わない。
【００８９】
内燃機関１の各燃焼室１ｂ1〜１ｂ4の点火に用いる点火プラグ、及び点火時期を決定したら、この実施形態に係る内燃機関の運転制御装置１０の点火制御部１４は、決定された条件で内燃機関１に対する点火を実行する（ステップＳ２１０）。これによって、上記燃焼室別Ａ／Ｆ制御を実行したときに発生する燃焼室間の出力差を小さくすることができるので、低周波振動が低減し、その結果ノイズや振動の増加を抑制できる。また、リッチ燃焼室においては点火エネルギを低減するので、内燃機関１の燃料消費も抑制できる。
【００９０】
なお、リーン燃焼室における点火エネルギも、超リーン燃焼領域で、かつ多点点火するときの点火エネルギ（第１の点火エネルギ、図８のＱl）よりも小さくしてもよい（例えば、図８のＱ＿１）。燃焼室Ａ／Ｆ制御において、リーン燃焼室は空燃比Ａ／Ｆでおよそ２０以下なので、点火エネルギを超リーン燃焼領域で、かつ多点点火するときの点火エネルギより小さくしても、着火性が確保でき、また、燃焼遅れも少なくできる。これによって、リーン燃焼室においても、点火に要するエネルギを低減できるので、内燃機関１の燃料消費もより低減できる。なお、リーン燃焼室における点火エネルギは、理論空燃比で多点（この実施形態では２点）点火するときの点火エネルギＱr（図８）よりも大きくすることが好ましい。このようにすれば、混合気の着火性を確保し、燃焼遅れを低減できる。また、リーン燃焼室においては、リーンの程度、すなわち空燃比Ａ／Ｆの値によって点火エネルギを変更してもよい。
【００９１】
以上、この実施形態では、三元浄化触媒やＮＯｘ吸蔵還元触媒を昇温させる際に燃焼室別Ａ／Ｆ制御を実行するにあたり、リッチ燃焼室で点火に用いる点火プラグの数を、リーン燃焼室よりも多くする。これによって、燃焼室別Ａ／Ｆ制御時において、燃焼室間における出力差に起因する低周波の振動を抑制し、ノイズや振動を抑制できる。また、リッチ燃焼室においては、点火エネルギを小さくするので、点火に用いる消費電力を低減し、その結果、内燃機関の燃料消費を抑制できる。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
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、内燃機関が排出する排ガスが通過する触媒の温度を昇温させる場合に有用であり、特に、燃焼室間における出力差に起因する低周波の振動を抑制することに適している。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】実施形態１に係る内燃機関を示す概念図である。
【図２】実施形態１に係る内燃機関１を示す概略図である。
【図３−１】実施形態１に係る内燃機関の点火プラグ配置例を示す平面図である。
【図３−２】実施形態１に係る内燃機関の点火プラグ配置例を示す平面図である。
【図３−３】実施形態１に係る内燃機関の点火プラグ配置例を示す平面図である。
【図３−４】実施形態１に係る内燃機関の点火プラグ配置例を示す平面図である。
【図４】実施形態１に係る内燃機関が備える点火系を示す説明図である。
【図５】実施形態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６】実施形態１に係る内燃機関の運転制御の手順を説明するフローチャートである。
【図７】実施形態２に係る内燃機関の運転制御の手順を示すフローチャートである。
【図８】空燃比に対する点火エネルギの関係の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００９４】
１  内燃機関
１ｂ  燃焼室
１ｓ  気筒
３  直噴噴射弁
７1  第１点火プラグ
７2  第２点火プラグ
１０  内燃機関の運転制御装置
１１  点火プラグ設定部
１２  出力設定部
１３  点火エネルギ設定部
１４  点火制御部
３０  機関ＥＣＵ
４１  クランク角度センサ
４２  排気温度センサ
４３  Ａ／Ｆセンサ
５０  点火系
５２1  第１の放電装置
５２2  第２の放電装置
８３  三元浄化触媒
８４  吸蔵還元触媒
【図１】
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【図２】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図３−３】
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【図３−４】
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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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