(57)【要約】  本発明は、内燃機関（１）に関し、この内燃機関（１）は、内部で空気と燃料との混合気を着火させることのできる燃焼室（４）と、前記内燃機関に関する因子を調整可能であり、且つ、前記燃焼室（４）内で無火花燃焼が発生したか否かを検出する無火花燃焼検出ステップを実行可能な制御装置（２４）と、を有し、前記制御装置（２４）は、前記無火花燃焼検出ステップにおいて無火花燃焼が検出された場合に無火花燃焼のしやすさを低下させるように前記内燃機関（１）に関する因子を調整し、及び、前記無火花燃焼検出ステップにおいて無火花燃焼が検出されなかった場合に無火花燃焼のしやすさを高めるように前記内燃機関（１）に関する因子を調整するように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１）であって、
内部で空気と燃料との混合気を着火させることのできる燃焼室（４）と、
前記内燃機関に関する因子を調整可能であり、且つ、前記燃焼室（４）内で無火花燃焼が発生したか否かを検出する無火花燃焼検出ステップを実行可能な制御装置（２４）と、
を有し、
前記制御装置（２４）は、
前記無火花燃焼検出ステップにおいて無火花燃焼が検出された場合に無火花燃焼のしやすさを低下させるように前記内燃機関（１）に関する因子を調整し、及び、
前記無火花燃焼検出ステップにおいて無火花燃焼が検出されなかった場合に無火花燃焼のしやすさを高めるように前記内燃機関（１）に関する因子を調整する、
ように構成されている、
内燃機関（１）。
【請求項２】
前記制御装置（２４）は、連続する２つの無火花燃焼検出ステップの検出結果が異なる場合に前記連続する２つの無火花燃焼検出ステップそれぞれの因子調整値を記憶するように構成されている、請求項１に記載の内燃機関（１）。
【請求項３】
前記燃焼室（４）内の前記混合気に点火するための点火プラグ（２）をさらに有し、
前記制御装置（２４）は、前記点火プラグ（２）の火花発生動作を制御可能であり、
前記制御装置（２４）は、
前記点火プラグ（２）によって前記混合気に火花点火を行う火花点火行程と、前記火花点火行程において前記点火プラグ（２）による火花の発生を停止させる非火花点火行程と、を選択的に実行し、
前記非火花点火行程において前記無火花燃焼検出ステップを実行する、
ように構成されている、請求項１又は２に記載の内燃機関（１）。
【請求項４】
調整される前記内燃機関（１）に関する因子が前記混合気の空燃比である、請求項１〜３のいずれか一つに記載の内燃機関（１）。
【請求項５】
前記制御装置（２４）は、前記無火花燃焼検出ステップにおいて無火花燃焼が検出された場合に前記空燃比をリッチ側に調整し、前記無火花燃焼検出ステップにおいて無火花火燃焼が検出されなかった場合に前記空燃比をリーン側に調整するように構成されている、請求項４に記載の内燃機関（１）。
【請求項６】
前記無火花燃焼の発生を示す特徴を検出するためのセンサ（２０）をさらに有する、請求項１〜５のいずれか一つに記載の内燃機関（１）。
【請求項７】
前記センサ（２０）が温度センサ（２０）である、請求項６に記載の内燃機関（１）。
【請求項８】
前記内燃機関（１）は、前記非火花点火行程における無火花燃焼のしやすさを高めるための又は低下させるための活性化動作を実行するように構成されている、請求項１〜７のいずれか一つに記載の内燃機関（１）。
【請求項９】
前記活性化動作は、前記内燃機関（１）の状態と周囲条件とのうちの少なくとも一方に応じて変更される、請求項８に記載の内燃機関（１）。
【請求項１０】
前記活性化動作は、前記無火花燃焼検出ステップの前のサイクルにおいて前記点火プラグ（２）による点火時期を変更することを含む、請求項８又は９に記載の内燃機関（１）。
【請求項１１】
燃焼室（４）内で無火花燃焼が発生したか否かを検出する無火花燃焼検出ステップを実行すること、
前記無火花燃焼検出ステップにおいて無火花燃焼が検出された場合に無火花燃焼のしやすさを低下させるように前記内燃機関（１）に関する因子を調整すること、及び、
前記無火花燃焼検出ステップにおいて無火花燃焼が検出されなかった場合に無火花燃焼のしやすさを高めるように前記内燃機関（１）に関する因子を調整すること、
を含む、内燃機関（１）の制御方法。
【請求項１２】
コンピュータシステム上にロードされ及び実行されると前記コンピュータシステムに請求項１１に記載の動作を実行させるコンピュータ可読命令を含むコンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関、内燃機関の制御方法及びコンピュータプログラム製品に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関は、周囲温度（外気温）、周囲圧力（外気圧）、周囲湿度（外気室力）などの異なる周囲条件の下で又はエアフィルタの目詰まりや種類の異なる燃料の使用などのその他の機関の状態の下で所望の機関動作が得られるように制御され得る。通常は、周囲条件及び／又は機関の状態が特定され、所望の機関動作を得るために少なくとも一つの内燃機関に関する因子が調整される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
近年、チェンソー、カットオフホイール装置などの作業工具用の内燃機関においても、機関制御の実施が増加してきている。特に作業工具用の内燃機関の場合には、部品点数を大幅に増加させることなく、低コストでの機関制御を実現することが望ましい。
【０００４】
したがって、本発明は、簡単且つ費用対効果の高い方法で効率的な機関制御を行うことのできる、内燃機関、内燃機関の制御方法及びコンピュータプログラム製品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】
上記の目的は、独立請求項の主題によって達成される。好ましい実施形態は、従属請求項で定義される。
【０００６】
本発明によると、内燃機関が提供される。この内燃機関は、内部で空気と燃料との混合気を着火させることのできる燃焼室と、前記内燃機関に関する因子を調整可能であり、且つ、前記燃焼室内で無火花燃焼が発生したか否かを検出する無火花燃焼検出ステップを実行可能な制御装置と、を有し、前記制御装置は、前記無火花燃焼検出ステップにおいて無火花燃焼が検出された場合に無火花燃焼のしやすさを低下させるように前記内燃機関に関する因子を調整するように構成され、及び、前記制御装置は、前記無火花燃焼検出ステップにおいて無火花燃焼が検出されなかった場合に無火花燃焼のしやすさを高めるように前記内燃機関に関する因子を調整するように構成されている。
【０００７】
有利なことに、本発明の内燃機関の制御装置は、燃焼に影響を与える機関の状態や周囲条件についての信頼性の高い指標である無火花燃焼の発生に基づいて内燃機関を制御することができる。
【０００８】
さらに有利なことに、上述のように、前記無火花燃焼検出ステップにおいて無火花燃焼が検出された場合に無火花燃焼のしやすさ（無火花燃焼の傾向）を低下させるように前記内燃機関に関する因子を調整することにより、及び、前記無火花燃焼検出ステップにおいて無火花燃焼が検出されなかった場合に無火花火燃焼のしやすさを高めるように前記内燃機関に関する因子を調整することにより、前記内燃機関に関する因子を、無火花燃焼が発生する値と無火花火燃焼が発生しない値との間の境界線又はその近傍に位置する値に実質的に調整することができる。この境界線は「無火花燃焼境界」又は「ＮＳＣ境界」と称され得る。前記ＮＳＣ境界にある前記内燃機関に関する因子の値は、前記内燃機関にとって好ましい運転状態を表し得る。
【０００９】
さらにより有利なことに、周囲温度が上昇し、周囲圧力が上昇し、及び／又は、高負荷などに起因して機関温度が上昇した場合など、無火花燃焼のしやすさが高まる方向に周囲条件及び／又は機関の状態が変化した場合、前記制御装置は、前記内燃機関に関する因子を無火花燃焼のしやすさを低下させる方向に自動的に調整する。この調整により、前記混合気の燃焼温度が低下し、前記内燃機関の過熱が防止される。一方、周囲温度が低下し、周囲圧力が低下し、及び／又は、冷間始動に起因して機関温度がより低くなる場合など、周囲条件及び／又は機関の状態が無火花燃焼のしやすさが低下する方向に変化した場合、前記制御装置は、前記内燃機関に関する因子を無火花燃焼のしやすさを高める方向に自動的に調整する。この調整により、通常、前記内燃機関の燃費が向上すると同時に、前記内燃機関が速やかに加熱されて動作温度への到達が早まる。
【００１０】
したがって、簡単且つ費用対効果の高い方法で効率的に前記内燃機関を制御することが可能となる。
【００１１】
前記内燃機関のタイプや形態は限定されない。前記内燃機関は、４ストローク機関、２ストローク機関又はヴァンケル機関（ロータリー機関）であり得る。また、前記燃焼室を画成するシリンダの構成やその数も限定されない。前記内燃機関は、チェンソー、カットオフホイール装置、刈払機、芝刈り機などの作業工具用のエンジンであり得る。前記内燃機関はまた、船外機、スクーター用エンジン、オートバイ用エンジン、小型乗用車用エンジン、超軽量航空機用エンジンなどでもあり得る。前記制御装置は、前記内燃機関に取り付けられ得る。
【００１２】
前記無火花燃焼検出ステップは、前記燃焼室の圧縮・膨張行程の間に実行され得る。換言すれば、前記制御装置は、前記燃焼室の１サイクルにおいて前記無火花燃焼検出ステップを実行して、当該１サイクルにおいて無火花燃焼が発生したか否かを検出することができる。前記内燃機関の前記燃焼室の１サイクルは、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程を含む。２ストローク機関の場合、１サイクルはクランクシャフトが３６０°回転することに対応し、４ストローク機関の場合、１サイクルはクランクシャフトが７２０°回転することに対応する。前記無火花燃焼検出ステップを選択的に実行する頻度は、必要性及び調整対象となる前記内燃機関に関する因子に応じて選択され得る。例えば１００サイクルに１回の頻度で又は１０サイクルに１回の頻度で前記無火花燃焼検出ステップを実行して、前記因子の調整を断続的に行うことができる。
【００１３】
調整対象となる前記内燃機関に関する因子は限定されない。例えば、前記因子は、前記混合気の空燃比、吸気バルブや排気バルブの開閉タイミング、吸気の充填圧（吸気圧）、排気還流（ＥＧＲ）量、内燃機関の冷却量、又は、無火花燃焼のしやすさに既知の若しくは特定可能な影響を与える他の任意の因子であり得る。なお、このような内燃機関に関する因子は内燃機関のパラメータとも称される。
【００１４】
前記無火花燃焼とは、点火プラグの火花によって開始されない前記燃焼室内における空気と燃料との混合気の燃焼のことをいう。前記無火花燃焼では、前記燃焼室内の前記混合気を、点火プラグの火花によって着火させるのではなく、前記混合気の圧縮熱、前記燃焼室内の高温部位及び前記混合気中に存在するラジカルのうちのいずれか又はこれらの任意の組み合わせによって着火させる。前記無火花燃焼は自己着火燃焼とも称される。無火花燃焼の発生は、前記圧縮行程において着火する前の前記混合気の温度、圧力及び空燃比、そして前記混合気中に存在するラジカル量の影響を主に受ける。
【００１５】
前記制御装置は、様々な方法で、前記燃焼室内、特に前記内燃機関の前記燃焼室の１サイクルの間における無火花燃焼の発生を検出することができる。
【００１６】
無火花燃焼の発生を検出する手法としては、排気ガスの状態を検出することが考えられる。具体的には、前記燃焼室の或るサイクルにおける排気ガスの状態を検出し、これに後続する前記燃焼室のサイクル（後続サイクル）における排気ガスの状態、好ましくは前記或るサイクルの直後の前記燃焼室のサイクルにおける排気ガスの状態を検出し、これら検出結果を比較することが可能である。検出される排気ガスの状態は、排気ガスの温度、排気ガスの圧力及び排気ガスの組成のうちのいずれか又はこれらの任意の組み合わせであり得る。前記後続サイクルにおいて無火花燃焼が発生しなかった場合、先行サイクルで燃焼が発生していれば、排気ガスの温度及び圧力は低下する。先行サイクルとは、前記後続サイクルに先行するサイクルのことである。一方、前記後続サイクルにおいて無火花燃焼が発生した場合、先行サイクルで燃焼が発生していれば、排気ガスの温度及び圧力は上昇して、先行サイクル中におけるそれらとほぼ等しくなる。先行サイクルで確実に燃焼を発生させるために、先行サイクルにおいて点火プラグ又はグロープラグを作動させたり、先行サイクルにおいて活性化動作によって無火花燃焼の発生しやすさを一時的に高めたりしてもよい。前記活性化動作については後で詳細に説明する。排気ガスの組成、特に特定の物質の有無及び／又はその量を検出することによって、前記無火花燃焼検出ステップが実行されたサイクルにおいて記無火花燃焼が発生したか否かを判定することができる。
【００１７】
無火花燃焼の発生を検出する他の手法としては、前記燃焼室内の燃焼混合気又は非燃焼混合気の状態を検出することが考えられる。具体的には、前記燃焼室の或るサイクルにおける前記燃焼室内の燃焼混合気又は非燃焼混合気の状態を検出し、これに後続する前記燃焼室のサイクル（後続サイクル）における前記燃焼室内の燃焼混合気又は非燃焼混合気の状態、好ましくは火花点火サイクル（spark cycle）直後のサイクルにおける前記燃焼室内の燃焼混合気又は非燃焼混合気の状態を検出し、これら検出結果を比較することが可能である。検出される前記燃焼室内の燃焼混合気又は非燃焼混合気の状態は、燃焼した又は燃焼しなかった混合気のイオン化レベルであり得る。火炎は非燃焼混合気に比べて非常に高いイオン伝導性を有しているため、前記燃焼室内の燃焼混合気又は非燃焼混合気のイオン化レベルを測定することによって、前記燃焼室内における燃焼の発生を確実に検出することができる。前記後続サイクルにおいて前記無火花燃焼が発生しなかった場合、先行サイクルで燃焼が発生していれば、燃焼していない混合気のイオン化レベルは低下する。一方、前記後続サイクルにおいて前記無火花燃焼が発生した場合、先行サイクルで燃焼が発生していれば、燃焼した混合気のイオン化レベルは上昇して、先行サイクル中のそれとほぼ等しくなる。また、或るサイクルにおけるイオン化レベル、すなわち、イオン電流センサを流れる電流が急上昇した場合に当該サイクルにおける前記無火花燃焼を検出することもできる。
【００１８】
無火花燃焼の発生を検出するさらに他の手法としては、排気ガス以外の前記内燃機関の状態を検出することが考えられる。具体的には、前記燃焼室の或るサイクルにおける前記内燃機関の状態を検出し、これに後続する前記燃焼室のサイクル（後続サイクル）における前記内燃機関の状態、好ましくは前記或るサイクル直後のサイクルにおける前記内燃機関の状態を検出し、これら検出結果を比較することが可能である。検出される前記内燃機関の状態は、例えばシリンダ壁などの前記燃焼室近傍の温度や振動／振動加速度、及び、前記内燃機関のクランクシャフトの回転速度のうちのいずれか又はこれらの任意の組み合わせであり得る。前記後続サイクルにおいて無火花燃焼が発生しなかった場合、先行サイクルで燃焼が発生していれば、前記燃焼室近傍の温度や振動強度／振動加速度、及び、前記内燃機関のクランクシャフトの回転速度は低下する。一方、前記後続サイクルにおいて前記無火花燃焼が発生した場合、先行サイクルで燃焼が発生していれば、前記燃焼室近傍の温度や振動強度／振動加速度、及び、前記内燃機関のクランクシャフトの回転速度は上昇して、前記先行サイクル中のそれらとほぼ等しくなる。なお、検出速度を速くする観点からは、前記クランクシャフトの回転速度以外の前記内燃機関の状態を検出することによって前記非火花点火行程における前記無火花燃焼の発生を検出することが好ましい。
【００１９】
より正確な検出結果及び／又は冗長性を得るために、前記無火花燃焼検出ステップによって無火花燃焼の発生を検出するための上述の手段及び方法は組み合わせることが可能である。
【００２０】
有利なことに、或るサイクルにおける前記排気ガスの状態及び／又は前記内燃機関の状態と、これに後続するサイクルにおける前記排気ガスの状態及び／又は前記内燃機関の状態と、を比較することによって、前記無火花燃焼の発生を簡単かつ確実に検出することができる。特に、ここでは相対的な状態の変化のみが考慮されるので、各状態の絶対値を正確に検出する必要はない。但し、例えば、前記無火花燃焼検出ステップにおいて各状態の絶対値を正確に検出すると共にそれを記憶された基準値と比較することによって、先行サイクルにおける検出値と比較することなく、前記無火花燃焼検出ステップにおいて無火花燃焼を直接的に検出することが可能である。
【００２１】
前記制御装置は、前記無火花燃焼検出ステップにおいて無火花燃焼が検出されたか否かに基づいて行う前記内燃機関に関する因子の調整を、複数の調整幅を用いて行うように構成され得る。このことは、調整による前記因子の変化の大きさや量を変えることができることを意味している。例えば、前記無火花燃焼のしやすさを低下させる方向への前記因子の調整が、前記無火花燃焼のしやすさを高める方向への前記因子の調整に比べて大きい調整幅で行われたり、逆に小さい調整幅で行われたりされ得る。また、連続する２つの無火花燃焼検出ステップでの検出結果に初めて相違が生じるまでの調整初期においては大きな調整幅で調整を行い、その後は小さな調整幅で調整を行うようにすることもできる。さらに、前記制御装置によって特定された前記内燃機関の運転状態に応じて調整幅を変化させることも可能である。各調整幅は、前記制御装置が前記因子を前記内燃機関に悪影響を及ぼす値に調整しないことを確実にしながら前記因子を安定動作点により早く到達させることができるように、特に変更され得る。さらにまた、前記制御装置は、予め定められた又は予め定め得る範囲内で前記因子を調整するように構成され得る。例えば、前記因子としての空燃比の調整範囲は、使用される可能性のある燃料又は選択された燃料が着火可能な範囲内であり得る。
【００２２】
好ましくは、前記制御装置は、連続する２つの無火花燃焼検出ステップの検出結果が異なる場合に、当該連続する２つの無火花燃焼検出ステップそれぞれの因子調整値を記憶するように構成される。
【００２３】
連続する２つの無火花燃焼検出ステップの検出結果が異なる場合、すなわち、或る無火花燃焼検出ステップでは無火花燃焼が検出され及びその次の無火花燃焼検出ステップでは無火花火燃焼が検出されない場合、又はその逆の場合、このことは、これら連続する２つの無火花燃焼検出ステップそれぞれにおける調整後の前記因子の値の間の範囲に前記ＮＳＣ境界が含まれることを意味している。また、このことは、裏を返せば、これら２つの調整後の因子の値、すなわち因子調整値がそのときの運転状態に対応する前記ＮＳＣ境界に近接していることを意味している。そして、記憶した２つの因子調整値のいずれか、記憶した２つの因子調整値の中間の任意の因子値又は記憶した２つ因子調整値から算出される任意の因子値を、例えば次回の機関始動時における前記因子の初期値として用いることができる。また、全く異なる運転条件下で機関が始動された場合であっても機関の損傷等を防止するための安全対策として、選択された因子値をわずかに（例えば１０％や２０％の割合で）増減させることもできる。前記制御装置は、前記因子調整値を格納するためのメモリを含むことができる。
【００２４】
好ましくは、前記内燃機関は、前記燃焼室内において空気と燃料との混合気に点火するための点火プラグをさらに有し、前記制御装置は、前記点火プラグの火花発生動作（スパーク動作）を制御可能に構成され、前記制御装置は、前記点火プラグによって前記混合気に火花点火を行う火花点火行程と、前記火花点火行程において前記点火プラグによる火花の発生（スパーク）を停止させる非火花点火行程と、を選択的に実行し、及び、前記制御装置は、前記非火花点火行程において前記無火花燃焼検出ステップを実行するように構成される。
【００２５】
有利なことに、前記点火プラグによる火花の発生が停止される前記非火花点火行程において無火花燃焼の発生を確実に検出することできる。具体的には、上述のように、火花点火行程と非火花点火行程とを設けることにより、それぞれの行程における排気ガスの状態及び／又は前記内燃機関の状態を検出して比較することによって無火花燃焼の発生を簡単かつ確実に検出することができる。あるいは、非火花点火行程の代わりに、前記火花点火行程に比べて前記点火プラグによる火花の発生を遅延させた遅延火花点火行程を実行することにより、前記遅延火花点火行程において、無火花燃焼の発生を確実に検出できると共に燃焼を確実に起こさせることができる。換言すれば、前記遅延火花点火行程においては無火花燃焼が発生しない場合でも少なくとも火花点火燃焼が起きるので、機関の動作をより円滑なものとすることができる。一方、無火花燃焼を確実に検出するためのタイミングウィンドウは狭くなる。なお、遅延（遅角）点火時期は、前記火花点火行程の点火時期よりも遅い時期であって、無火花燃焼が発生するとすればそれが発生する通常の時期よりも遅い時期に設定され得る。
【００２６】
前記火花点火行程は、前記燃焼室の圧縮・膨張行程の間に実行される。同様に、前記非火花点火行程も、前記燃焼室の圧縮・膨張行程の間に実行される。換言すれば、前記火花点火行程及び前記非火花点火行程のそれぞれは、前記圧縮行程と前記膨張行程とを含み得る。前記非火花点火行程と前記火花点火行程との異なる点は、前記非火花点火行程においては前記点火プラグによる火花の発生（スパーク）が停止されることである。前記制御装置は、少なくとも、前記燃焼室の１サイクル内において前記燃焼室内での前記点火プラグによる火花の発生を停止させることが可能である。
【００２７】
好ましくは、調整される前記内燃機関に関する因子は前記混合気の空燃比である。
【００２８】
有利なことに、前記混合気の空燃比を調整することによって、前記内燃機関の性能に強い影響を与える前記内燃機関に関する因子が制御される。特に、前記混合気の空燃比を調整することによって、周囲温度、周囲圧力、周囲湿度などの異なる周囲条件の下で又はエアフィルタの目詰まりや種類の異なる燃料の使用などのその他の機関の状態の下で、所望の機関動作が確実に得られる。
【００２９】
前記空燃比は、燃料供給量及び／又は空気供給量を調整することで調整され得る。前記燃料供給量は、前記制御装置に接続可能な燃料供給手段によって調整され得る。具体的には、前記燃料供給量は、例えば欧州特許第２４３５６８２号に記載されているような、ソレノイドバルブ又は電子式テスラリストリクター（Electric Tesla Restrictor：ＥＴＲ）を有する電子式キャブレタによって調整され得る。また、前記燃料供給量は、直接式又は間接式の燃料噴射システムによっても調整され得る。
【００３０】
好ましくは、前記制御装置は、前記非火花点火行程において前記無火花火燃焼が検出された場合に前記空燃比をリッチ側に調整し、及び、前記非火花点火行程において前記無火花燃焼が検出されなかった場合に前記空燃比をリーン側に調整するように構成される。
【００３１】
上述のように、無火花燃焼の発生は、前記混合気の温度、圧力及び空燃比、そして前記混合気中に存在するラジカル量の影響を主に受ける。実際には、前記内燃機関が安定動作温度に達している場合には、前記混合気の温度及び圧力、並びに前記混合気中のラジカル量が短時間に大きく変動する可能性は低い。そのため、その場合、無火花燃焼が発生する傾向は、前記混合気の空燃比の影響を主に受け、空燃比がリーン寄りであるほど無火花燃焼のしやすさが高くなり、空燃比がリッチ寄りであるほど無火花燃焼のしやすさが低くなる。空燃比リーンの状態では、空燃比リッチの状態に比べて空気の比率が高い。また、前記混合気の温度が高いほど、無火花燃焼のしやすさは高くなる。
【００３２】
有利なことに、ＮＳＣ境界線空燃比は、ガソリン、エタノール又はそれらの混合物などの前記内燃機関に適した任意の種類の燃料の間でほぼ同じである。このことは、種類の異なる燃料が前記内燃機関に使用された場合であっても、前記制御装置は、燃料供給量及び／又は空気供給量を増減することによって、空燃比が前記ＮＳＣ境界線燃比に到達するまで空燃比調整を再度行うことを意味している。したがって、前記内燃機関は、様々な種類の燃料に自動的に適応することが可能である。
【００３３】
さらに有利なことに、前記制御装置の上述の構成によれば、周囲温度が上昇し、周囲圧力が上昇し、及び／又は、高負荷などに起因して機関温度が上昇した場合など、前記無火花燃焼のしやすさが高くなる方向に周囲条件及び／又は機関の状態が変化した場合、前記制御装置は空燃比をリッチ側に自動調整する。この調整により、前記混合気の燃焼温度が低下し、これによって前記内燃機関の過熱が防止される。同時に、調整前の空燃比によるが、特に空燃比λ＝１で開始する場合、空燃比をリッチ側に調整することにより、通常、前記内燃機関のトルクは増大する。これは高負荷時に好ましい状態である。なお、空燃比λ＝１から空燃比の調整を開始する場合、空燃比をリッチ側に調整することにより前記内燃機関のトルクが増大し、空燃比をリーン側に調整することにより前記内燃機関の燃費が向上する。
【００３４】
一方、前記制御装置の上述の構成によれば、例えば、周囲温度が低下し、周囲圧力が低下し、及び／又は、冷間始動に起因して機関温度がより低くなった場合など、前記無火花燃焼のしやすさが低くなる方向に周囲条件及び／又は機関の状態が変化した場合、前記制御装置は、空燃比をリーン側に自動調整する。この調整により、前記内燃機関の燃費が向上すると同時に、前記内燃機関が速やかに加熱されて前記動作温度への到達が早まる。
【００３５】
好ましくは、前記内燃機関は、無火花燃焼の発生を示す特徴を検出するためのセンサをさらに有する。
【００３６】
前記センサは、好ましくは前記内燃機関に取り付けられると共に前記制御装置に接続される。前記特徴は、前記無火花燃焼検出ステップが実行されたサイクル、好ましくは非火花点火行程において無火花火燃焼が発生したか否かを示すものである。前記特徴は、無火花燃焼の発生を示すパラメータとも称される。上述のように、前記特徴は、前記排気ガスの特徴であり得る。前記排気ガスの特徴は、排気ガスの温度、排気ガスの圧力及び排気ガスの組成のうちのいずれか又はこれらの任意の組み合わせなどである。前記特徴はまた、前記燃焼室内の燃焼混合気又は非燃焼混合気の特徴であり得る。前記燃焼混合気又は前記非燃焼混合気の特徴は、前記燃焼混合気又は前記非燃焼混合気のイオン化レベルなどである。前記特徴はまた、前記内燃機関の特徴であり得る。前記内燃機関の特徴は、前記燃焼室の近傍における温度、前記燃焼室の近傍における振動／振動加速度、前記内燃機関の前記クランクシャフトの回転速度及び前記燃焼室から出る音のうちのいずれか又はこれらの任意の組み合わせなどである。前記制御装置は、前記非火花点火行程の検出結果を、先行する火花点火行程の検出結果、好ましくは直前の火花点火行程の検出結果と比較して無火花燃焼の発生を判定するように構成され得る。
【００３７】
好ましくは、前記センサは温度センサである。
【００３８】
前記温度センサは、赤外発光素子と、前記赤外発光素子を保持するためのホルダであって、壁部で隔てられた第１チャンバと第２チャンバとを有する前記ホルダと、前記第２チャンバ内に配設された光センサと、を含み得る。前記壁部は光学要素を含み、前記赤外発光素子から発せられた赤外光が、前記第１チャンバ、前記光学要素及び前記第２チャンバを通過して前記光センサに到達するように構成され得る。
【００３９】
有利なことに、前記温度センサの上述の構成によれば、前記温度センサの前記光センサを損傷させるおそれなしに高い温度を検出することが可能になる。特に、前記光センサは前記第１チャンバから壁部で隔てられた前記第２チャンバ内に配設されているので、前記赤外発光素子から発せられた熱が前記光センサに届くことが防止される。このため、前記光センサを前記赤外発光素子の近くに配置することが可能となり、遠くに配置された光センサに赤外光を送るための追加の光ファイバが不要になる。追加の光ファイバやその結合部品は、前記温度センサの高コスト化を招くとともに、前記温度センサの取り付けも困難にする。さらに有利なことに、前記温度センサの前記構成によれば、低コストで簡単に製造することに加えて検出速度を速めることも可能になる。
【００４０】
前記赤外発光素子は、その温度が検出される媒体や流体と接触する配置となるように構成される。例えば、前記赤外発光素子は、前記排気ガスと接触するように、前記内燃機関の排気管内に配設され得る。前記赤外発光素子はその温度上昇に伴い、温度に応じた赤外光を発する。換言すれば、前記赤外発光素子が加熱されるほど、発せられる赤外光は強くなる。発せられた赤外光を前記光センサで検出することによって、前記媒体や前記流体の温度を特定することができる。
【００４１】
前記赤外発光素子は、赤外光を発することができる任意の適切な材料、好ましくはさらに耐高温性を有する任意の適切な材料で形成され得る。前記赤外発光素子の温度と前記赤外発光素子が発する赤外光の強さとの関係は、既知であるか又は特定可能である。前記赤外発光素子は、十分に小型化及び／又は薄型化されることによって、前記媒体や前記流体の温度に合わせて素早くその温度が変化するように構成され得る。前記赤外発光素子は、膜又はシートの形態をとり得る。前記赤外発光素子は、前記ホルダの第１チャンバ内に配設され得るが、好ましくは前記ホルダの軸方向端部に配設され、好ましくは前記ホルダの軸方向端部において前記第１チャンバを軸方向に閉塞する。
【００４２】
前記ホルダは、好ましくは、細長い形状、円筒形状又は細長い円筒形状を有する。前記ホルダは、外部からの光が前記第１チャンバ及び前記第２のチャンバに、特に前記光センサに入ることがないように閉じられた構成を有することが好ましい。前記赤外発光素子は前記ホルダの軸方向一端部に保持され、前記光センサは前記第２チャンバ内の前記ホルダの軸方向他端部に配設され得る。前記光センサは、前記軸方向他端部において前記第２チャンバを軸方向に閉塞することができる。前記光センサに熱が到達するのを防ぐため、前記ホルダは外方に延びるヒートフィンを有してもよい。また、前記ホルダは、前記温度センサを取付け対象、例えば、内燃機関に取り付けるための取付フランジを有してもよい。
【００４３】
前記壁部は、前記ホルダの軸方向に対して垂直方向に延びるように前記ホルダ内に配設され得る。前記壁部は、前記赤外発光素子と前記光センサとの間に配設されて前記第１チャンバと前記第２チャンバとを隔てており、これにより、前記赤外発光素子が高温になる場合であっても前記第２チャンバを低い温度に保つことができる。
【００４４】
前記光センサは、赤外光の検出が可能な任意の光センサであり得る。例えば、前記光センサは、フォトダイオード、光起電力素子、フォトトランジスタ又は光伝導素子であり得る。前記光センサは、検出した赤外光の強さに応じた電気信号を出力することができる。
【００４５】
前記光学要素は、例えば、レンズ、窓又はピンホールであり得る。前記光学要素は、前記第１チャンバからの熱が前記第２チャンバに到達することを防止しつつ、前記赤外発光素子から発せられた赤外光を前記光センサに向かわせる機能を有する。具体的には、前記光学要素は、前記赤外発光素子の一部から発せられた赤外光のみを前記光センサに向かわせるように構成され得る。例えば、前記光学要素は、前記ホルダから離れていて前記ホルダから熱的影響の少ない前記赤外発光素子の中心部から発せられた赤外光のみを前記光センサに向かわせるように構成され得る。また、前記光学要素は、発せられた赤外光の強さを前記光センサに適したレベルに下げる機能も有している。前記光学要素がフィルタ機能をさらに有してもよい。
【００４６】
前記赤外発光素子は、金属膜又は金属シートであり得る。具体的には、前記金属膜又は前記金属シートは、ＦｅＣｒ合金やステンレス鋼で形成され得る。前記金属膜又は前記金属シートは、前記ホルダの軸方向端部に圧着され得る。前記赤外発光素子の前記中心部は球面状に膨出していることが好ましく、このような形状は前記赤外発光素子を前記ホルダに圧着するときに簡単に実現され得る。しかし、前記赤外発光素子と前記ホルダの少なくとも一部とを一体に形成すること、特に金属シートをプレス加工することによって一体に形成することも可能である。
【００４７】
前記赤外発光素子の中心、前記光学要素の中心及び前記光センサの中心は、一つの軸に沿って配列され得る。好ましくは、前記赤外発光素子の中心、前記光学要素の中心及び前記光センサの中心は前記ホルダの前記軸に沿って配列され、前記ホルダの前記軸は前記光学要素の光軸に一致している。
【００４８】
前記光学要素から前記赤外発光素子までの第１軸方向距離、前記光学要素から前記光センサまでの第２軸方向距離及び前記光学要素の光学特性は、前記赤外発光素子の表面積の５０％未満、好ましくは３０％未満を占める前記赤外発光素子の前記中心部からの赤外光のみが前記光センサに到達するように設定され得る。有利なことに、前記赤外発光素子の前記中心部は、前記ホルダから離れていて前記ホルダからの熱的影響を受け難いので、前記赤外発光素子の前記中心部の温度は、前記赤外発光素子が接触している媒体や流体の温度をより正確に反映したものとなる。したがって、検出速度の速い正確な温度センサが得られる。
【００４９】
前記光学要素は、ピンホールであり得る。有利なことに、ピンホールとしての前記光学要素の構成は、最も簡単な方法で前記光学要素の所望の機能を実現する。前記ピンホールは、その形成が容易であり、また、前記ピンホールを介した前記第１チャンバと前記第２チャンバとの間での直接的な熱交換が実質的に起こらないように十分に小さく形成され得る。好ましくは、前記ピンホールの形状は円形である。
【００５０】
前記ピンホールは、その面積が前記壁部の表面積の５％未満しか占めないように形成され得る。例えば前記ピンホールの直径は約２ｍｍ以下であり得る。
【００５１】
前記ホルダは、熱伝導率の低い材料で構成され得る。有利なことに、前記ホルダを熱伝導率の低い材料で形成することによって、前記赤外発光素子からの熱が前記光センサに到達することを防止することができる。これにより、前記光センサの損傷を防止できるとともに、前記光センサを前記赤外発光素子により近い位置に配設できるので前記温度センサのさらなる小型化も可能となる。例えば、前記ホルダは、薄肉ステンレス鋼又はＰＥＥＫ材で形成され得る。前記ホルダの壁厚は、前記ホルダの軸方向の熱伝導率を低く抑えると同時に大きな冷却外面を有するように、０．１ｍｍ以下であり得る。前記ホルダは、チューブ（筒）状の形態をとり得る。
【００５２】
前記ホルダにＰＣＢ（プリント回路基板）が取り付けられてもよい。前記プリント回路基板は、第２チャンバ内に配置され、より好ましくは、前記光センサが取り付けられている側の前記ホルダの軸方向端部に取り付けられ得る。前記光センサが前記プリント回路基板に取り付けられてもよい。前記プリント回路基板をこのように配置することで、前記赤外発光素子からの熱による前記プリント回路基板の損傷を防ぐことができる。前記プリント回路基板は、信号処理手段を含んでもよい。
【００５３】
前記赤外発光素子から発せられた赤外光を導くための光ファイバを前記ホルダ内に配置し及び／又は前記ホルダに取り付けることなく、前記温度センサを構成することが可能である。上述のように、光ファイバ及びそのための結合部材が設けられると、前記温度センサの高コスト化を招くと共に、前記温度センサの取り付けも困難になる。有利なことに、前記温度センサの上述の構成によれば、そのような光ファイバ及びそのための結合部品を設ける必要がない。
【００５４】
好ましくは、前記センサはイオン電流センサである。
【００５５】
前記イオン電流センサは、前記燃焼室内における燃焼混合気又は非燃焼混合気のイオン化レベルを検出することが可能である。前記イオン電流センサは、前記燃焼室の前記点火プラグであり得る。例えば、前記点火プラグを流れる電流を確実に検出するには十分に高いが、スパークを発生させるほどは高くない測定電圧が前記点火プラグに印加され得る。前記測定電圧は、例えば約４００Ｖであり得る。火炎は非燃焼混合気に比べて非常に高いイオン伝導性を有するので、前記点火プラグを流れる電流を測定することにより、前記燃焼室内での燃焼の発生を確実に検出することができる。したがって、前記点火プラグを流れる電流が急上昇した場合、このことは前記混合気の燃焼を示している。
【００５６】
好ましくは、前記内燃機関は、前記無火花燃焼検出ステップの間の前記無火花燃焼のしやすさを高めるための又は低下させるための活性化動作を実行するように構成される。
【００５７】
前記活性化動作は、前記無火花燃焼の発生に基づいて無火花火燃焼のしやすさを高めるための又は低下させるための前記内燃機関に関する前記因子の調整とは区別されるべきものである。前記活性化動作は、前記無火花燃焼検出ステップの間、すなわち実質的には前記無火花火燃焼検出ステップが実行されるサイクルの間、あくまで一時的に無火花火燃焼のしやすさを高め又は低下させるものに過ぎない。
【００５８】
好ましくは、前記内燃機関は、前記非火花点火行程における前記無火花燃焼のしやすさを高めるため又は低下させるための活性化動作を実行するように構成される。
【００５９】
上述のように、前記無火花燃焼の発生は、前記混合気の温度、圧力及び空燃比、並びに前記混合気中に存在するラジカル量の影響を主に受ける。したがって、前記無火花燃焼検出ステップの間における前記無火花燃焼のしやすさを高めるための前記活性化動作は、前記混合気の温度を上昇させること、前記混合気の圧力を上昇させること及び前記混合気中に存在するラジカル量を増加させることのうちの１つ以上を含み得る。前記無火花燃焼検出ステップの間における前記無火花火燃焼のしやすさ低下させるための前記活性化動作は、前記混合気の温度を低下させること、前記混合気の圧力を低下させること及び前記混合気中に存在するラジカル量を低減することのうちの１つ以上を含み得る。前記活性化動作は、好ましくは、前記無火花燃焼検出ステップが実行されるサイクルの直前に実行され、より好ましくは、前記非火花点火行程の直前の火花点火行程又はサイクルで実行される。
【００６０】
前記活性化動作は、点火時期を調整すること、吸気バルブタイミングを調整すること、排気バルブタイミングを調整すること、ターボチャージャ又はコンプレッサを調整し又は作動させること、排気背圧（exhaust-counterpressure）を調整すること、排気還流（ＥＧＲ）を行う又は排気還流（ＥＧＲ）量を調整すること、電気グロープラグを作動させ又は調整すること、及び、吸気ヒータ又はシリンダヒータを作動させ又は調整することのうちの１つ以上を含み得る。前記活性化動作は、前記制御装置によって制御され及び選択的に実行され得る。
【００６１】
有利なことに、前記活性化動作は、前記周囲条件に変化がない場合でも、後続の前記無火花燃焼検出ステップが実行されるサイクル（後続サイクル）における無火花燃焼の発生しやすさを高め又は低下させる。また、前記活性化動作による前記無火花燃焼の促進効果又は抑制効果は、直後のサイクルにほぼ限定される。例えば、前記活性化動作により、前記後続サイクルにおける無火花燃焼の発生しやすさを高めることによって、前記内燃機関が実際には無火花燃焼が発生しない状態で作動している間に、前記非火花点火行程において無火花燃焼の発生を検出して、前記内燃機関の運転状態の指標として利用することができる。
【００６２】
好ましくは、前記活性化動作は、前記内燃機関の状態及び／又は周囲条件に応じて変更される。
【００６３】
前記内燃機関の状態は、前記内燃機関の回転速度、前記内燃機関の回転加速度、前記内燃機関の負荷及び前記内燃機関の温度のうちの１つ以上であり得る。前記周囲条件は、周囲温度、周囲圧力、周囲湿度及び代替燃料の使用のうちの１つ以上であり得る。有利なことに、前記活性化動作を上述のような前記内燃機関の状態及び／又は前記周囲条件に応じて変更することによって、前記内燃機関の制御を前記予め設定された又は前記予め設定可能な状態に対して適合させ及び最適化することができる。
【００６４】
好ましくは、前記活性化動作は、前記無火花燃焼検出ステップの前のサイクルにおいて前記点火プラグによる点火時期を変更することを含む。
【００６５】
前記点火時期が変更される前記サイクルは、好ましくは、前記無火花燃焼検出ステップが実行されるサイクルの直前のサイクルである。より好ましくは、前記非火花点火行程の直前の火花点火行程において前記点火時期が変更される。前記点火時期を変更することは、前記点火時期を遅延（遅角）させること又は早める（進角）させることを含み得る。前記点火時期を変更することは、前記点火時期を調整すること又は前記点火時期をシフトすることともいえる。前記無火花燃焼検出ステップが実行される前記サイクルにおける前記無火花燃焼のしやすさを高めるため、その先行サイクルにおける前記点火時期が遅延（遅角）され得る。前記無火花燃焼検出ステップが実行される前記サイクルにおける前記無火花燃焼のしやすさを低下させるため、その先行サイクルにおける前記点火時期が早められ（進角され）得る。
【００６６】
本発明の他の態様によれば、内燃機関の制御方法が提供され、この内燃機関の制御方法は、燃焼室内で無火花燃焼が発生したか否かを検出する無火花燃焼検出ステップを実行すること、前記無火花燃焼検出ステップにおいて無火花燃焼が検出された場合に無火花燃焼のしやすさを低下させるように前記内燃機関に関する因子を調整すること、及び、前記無火花燃焼検出ステップにおいて無火花燃焼が検出されなかった場合に無火花燃焼のしやすさを高めるように前記内燃機関に関する前記因子を調整すること、を含む。
【００６７】
本願の内燃機関に関する上述の記載は、本願の方法にも準用される。
【００６８】
本発明の他の態様によれば、コンピュータプログラム製品が提供される。このコンピュータプログラム製品は、コンピュータシステム上にロードされて実行されると、前記コンピュータシステムに上述の方法に従った動作を実行させるコンピュータ可読命令を含む。
【００６９】
前記コンピュータシステムは、前記内燃機関の制御装置、特に前記内燃機関のＥＣＵであり得る。本願の前記内燃機関及び前記方法に関する上述の記載は、本願のコンピュータプログラム製品にも準用される。
【００７０】
以下、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】一実施形態に係る内燃機関の概略図である。
【図２】排気ガスのＣＯ含有量（測定値）及び前記内燃機関のシリンダ温度（測定値）が無火花燃焼の発生に及ぼす影響を説明するための図である。
【図３】前記内燃機関が行い得る空燃比調整を示す図である。
【図４】周囲温度（外気温）が低い条件で前記内燃機関を動作させる場合の制御領域を示す図である。
【図５】周囲温度（外気温）が高い条件で前記内燃機関を動作させる場合の制御領域を示す図である。
【図６】点火時期を変更することによって活性化動作が無火花燃焼境界線に与える影響を説明する図である。
【図７】前記内燃機関の回転速度に応じて取り得る前記活性化動作のバリエーションを示す表である。
【図８】前記内燃機関が行い得る制御を示すシーケンス図である。
【図９】他の実施形態に係る内燃機関の斜視図である。
【図１０】温度センサの分解図である。
【図１１】図１０に示される温度センサの斜視図である。
【図１２】図１０及び図１１に示される温度センサの概略図である。
【図１３】各実施形態の前記内燃機関の制御装置の概略図である。
【図１４】前記温度センサの電子回路の概略図である。
【図１５】無火花燃焼が発生していない場合に前記制御装置が取得する温度測定結果を示す図である。
【図１６】無火花燃焼が発生した場合に前記制御装置が取得する温度測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００７２】
図１は、一実施形態に係る内燃機関１の概略図である。内燃機関１は、燃焼室４内において空気と燃料との混合気に点火するための点火プラグ２を有している。燃焼室４は、シリンダ６とシリンダ６内を往復動可能なピストン８とによって画成されている。ピストン８は、コネクティングロッドを介してクランクシャフト１０に連結されている。空気は、空気取入口１２から吸い込まれ、燃料と混合されて前記混合気を形成し、形成された混合気が吸気ポート１７を介して燃焼室４に流入する。燃料は、燃料供給手段１４によって吸気に導入される。燃料供給手段１４は、電子式テスラリストリクターなどの電子式キャブレタであり得る。燃料供給手段１４を制御することにより、内燃機関１に関する因子の一つである前記混合気の空燃比を調整することができる。燃料供給手段１４は、燃料タンク１６から燃料を引き出す。前記燃料は、ガソリン、エタノール、ガソリンとエタノールとの混合物、又は、内燃機関に適した他の任意の燃料であり得る。
【００７３】
燃焼室４の排気側、すなわち、排気ポート１８の近傍には、無火花燃焼を検出する手段として温度センサ２０が配設されている。図１に概略構成が示される内燃機関１は４ストローク機関であるため、吸気ポート１７からの前記混合気の吸気を制御するための吸気バルブ１９と、排気ポート１８からの排気ガスの排出を制御するための排気バルブ２１と、が設けられている。図９に示されるような２ストローク機関の場合には、吸気バルブ及び排気バルブは設けられず、また、吸気ポート１７及び排気ポート１８の配置が異なる。なお、本発明の内燃機関１は、４ストローク機関であってもよいし、２ストローク機関であってもよい。本発明の各実施形態においては、回転センサ２２がクランクシャフト１０に配設されており、回転センサ２２によってクランクシャフト１０の回転角度及び／回転速度と、内燃機関１の回転角度及び／又は回転速度とが検出される。
【００７４】
点火プラグ２、温度センサ２０、燃料供給手段１４及び回転センサ２２は、制御装置２４に接続されている。制御装置２４は、点火プラグ２の火花発生動作（スパーク動作）を制御することができる。特に、制御装置２４は、燃焼室４内に無火花燃焼が発生したか否かを検出する無火花燃焼検出ステップを実行することができる。また、制御装置２４は、燃焼室４の圧縮・膨張行程の間における選択した時期に点火プラグ２によって火花を発生させる火花点火行程を実行することができる。また、制御装置２４は、選択的に、燃焼室４の圧縮・膨張行程の間に点火プラグ２による火花の発生を停止させる非火花点火行程を１回以上実行することもできる。本実施形態において、前記無火花燃焼検出ステップは、前記非火花点火行程の間に制御装置２４によって実行され、これにより、前記非火花点火行程において無火花燃焼が発生したか否かが検出される。通常運転時、前記火花点火行程における点火プラグ２のスパーク時期、すなわち、前記火花点火行程における点火プラグ２による点火時期は、機関出力を最適化し且つ排気エミッションを最小限に抑えられる時期、例えば上死点前のクランク角で２２°〜３２°（２２°〜３２°ＣＡ  ＢＴＤＣ）の範囲の時期に設定される。本実施形態において、通常運転時の前記火花点火行程における点火プラグ２のスパーク時期は２５°ＣＡ  ＢＴＤＣである。但し、制御装置２４は、点火プラグ２のスパーク時期を通常運転時のそれと比較して変化させた活性化行程を、当該活性化行程に続く非火花点火行程における無火花燃焼の発生しやすさを高め又は低下させる活性化動作として、選択的に実行することができる。本実施形態において、前記活性化行程における点火プラグ２のスパーク時期は、通常運転時のスパーク時期に比べて遅延されて（遅角されて）おり、例えば５°ＣＡ  ＢＴＤＣである。なお、前記活性化行程に続く非火花点火行程における無火花燃焼の発生しやすさを低下させる活性化動作として、当該活性化行程におけるスパーク時期を前記火花点火行程のスパーク時期に比べて早める（進角させる）ことも可能である。前記活性化行程については後で詳細に説明する。前記クランク角は、回転センサ２２によって検出される。
【００７５】
内燃機関１の運転中、制御装置２４は、前記活性化行程を実行し、続くサイクルにおいて前記非火花点火行程を実行し、当該非火花点火行程において無火花燃焼が発生したか否かを検出するように構成される。前記非火花点火行程において無火花火燃焼が検出された場合には、制御装置２４は、前記空燃比をリッチ側に調整するように燃料供給手段１４を制御する。一方、前記非火花点火行程において無火花燃焼が検出されなかった場合には、制御装置２４は、前記空燃比をリーン側に調整するように燃料供給手段１４を制御する。制御装置の制御戦略及び構成については後で詳細に説明する。
【００７６】
温度センサ２０は、排気ポート１８又はその近傍での排気ガスの温度を直接測定する。温度センサ２０は、高速応答性を有しており、連続する２つのサイクルにおける排気ガスの温度差を検出することが可能である。制御装置２４は、前記非火花点火行程の排気ガス温度を、これに先行する火花点火行程の少なくとも１つの排気ガス温度と比較する。前記非火花点火行程で排気ガス温度が低下した場合、当該非火花点火行程において無火花燃焼が発生していないと判定され、前記非火花点火行程で排気ガス温度が上昇するか又は排気ガス温度がほぼ変化しない場合、当該非火花点火行程において無火花燃焼が発生したと判定される。なお、制御装置２４は、無火花燃焼を検出するために前記排気ガス温度の変化に関する情報を必要としているに過ぎないので、温度センサ２０は正確な絶対温度値を提供する必要はない。本実施形態の温度センサ２０については後で詳細に説明する。
【００７７】
図２は、排気ガスのＣＯ含有量（測定値）及び内燃機関１のシリンダ温度（測定値）が無火花燃焼の発生に及ぼす影響を説明するための図である。横軸（ｘ軸）に排気ガスのＣＯ含有量（ＣＯレベル）が示され、縦軸（ｙ軸）に内燃機関１のシリンダ温度が示されている。図２は、テストベンチで得られた実験データに基づいている。なお、本実施形態に係る内燃機関１では、排気ガスのＣＯ含有量の測定も内燃機関１のシリンダ温度の測定も行わない。図２は、前記混合気の空燃比と運転状態、すなわち、周囲条件及び機関の状態が無火花燃焼の発生に及ぼす影響を説明するために使用される。
【００７８】
具体的には、排気ガスのＣＯ含有量は、燃焼室４内で燃焼した前記混合気の空燃比と直接的に相関する。ＣＯ含有量が０％であれば前記空燃比はほぼλ＝１である。そして、ＣＯ含有量が高ければ前記混合気がリッチであったことを示し、ＣＯ含有量が低ければ前記混合気がリーンであったことを示す。したがって、前記横軸は、前記混合気の前記空燃比を表すものでもある。一方、シリンダ温度は、内燃機関１の運転状態に相関する。周囲温度が高い場合や内燃機関１が高負荷運転を長時間続けているような場合にはシリンダ温度が上昇する。周囲温度やシリンダ温度が高い場合には前記混合気の温度もより高くなり、特に圧縮時にはより高い温度となるため、無火花燃焼のしやすさが高まる。
【００７９】
線２６は、前記無火花燃焼の境界（以下「ＮＳＣ境界」という）を表している。ＮＳＣ境界２６より上方の無火花燃焼領域（以下「ＮＳＣ領域」という）２８では無火花燃焼が発生する。ＮＳＣ境界２６より下方の非無火花燃焼領領域（以下「非ＮＳＣ領域」という）３０では無火花燃焼は発生しない。なお、図２に示されるＮＳＣ境界２６はテストベンチで求められたものである。当該テストベンチにおいては、内燃機関１を冷機状態から始動させ、空燃比を固定して全負荷及び一定の回転速度で無火花燃焼が検出されるまで運転させた。この内燃機関１の運転を、複数の異なる空燃比で行って前記ＮＳＣ境界（線）を求めた。ここで、無火花燃焼を検出する非火花点火行程において無火花燃焼のしやすさを高めるために変更されるスパーク時期（活性化行程）は一定に維持した。以下、図３を参照して、本実施形態に係るＮＳＣ境界２６付近の安定動作点を求めるための制御について説明する。
【００８０】
図３は、内燃機関１が行い得る空燃比調整を示す図である。例えば、内燃機関１の始動直後の動作点ＯＰ１で最初の非火花点火行程及び無火花燃焼検出ステップが実行される。内燃機関１の始動直後では機関がまだ冷えているため、ＯＰ１は非ＮＳＣ領域にあり、無火花燃焼は検出されない。なお、この例において、内燃機関１は、空燃比リッチの状態で始動するように構成されている。無火花燃焼が検出されないため、制御装置２４は、空燃比をリーン側へと調整して動作点をＯＰ２’に変更する。そして、一定のサイクル数又は一定の時間が経過した後に、ＯＰ２で２回目の非火花点火行程が実行される。空燃比がリーンになっているので、内燃機関１は速やかに加熱されて、ＯＰ２では内燃機関１の温度が高くなっている。但し、ＯＰ２はまだ非ＮＳＣ領域にあるため、無火花火燃焼は検出されず、制御装置２４は、空燃比をさらにリーン側へと調整して動作点をＯＰ３’に変更する。そして、この場合も一定のサイクル数又は一定の時間が経過した後に、ＯＰ３で３回目の非火花点火行程が実行される。空燃比がさらにリーンになっているので、ＯＰ３では内燃機関１の温度もさらに高くなっており、ＯＰ３はＮＳＣ領域にある（入る）。このため、ＯＰ３では無火花燃焼が検出される。したがって、制御装置２４は空燃比をリッチ側へと調整して動作点をＯＰ４’に変更する。そして、一定のサイクル数又は一定の時間が経過した後に、ＯＰ４で４回目の非火花点火行程が実行されるが、空燃比がリッチ側に変化していることから内燃機関１の温度が低下している。その結果、この例において、ＯＰ４は実質的にＯＰ２に相当するものとなる。そして、周囲条件が変化しなければ、制御が継続されることによって、内燃機関１は、動作点ＯＰ２（ＯＰ４）、ＯＰ３’、ＯＰ３、ＯＰ４’に沿って周回するように推移することになる。実際には、所与の運転状態に対して安定な制御点又は安定な制御領域と考えられる前記ＮＳＣ境界上の１点又は領域を略中心として様々な動作点に沿って周回するように推移する可能性が高い。但し、これは、採用される制御戦略によって変化するものであり、後で詳細に説明する。
【００８１】
図４及び図５は、内燃機関１の異なる運転状態、具体的には、異なる周囲温度についての安定した制御領域３２を示す図である。図４及び図５において、線Ｔamb１，Ｔamb２，Ｔamb３は、周囲温度が等しい点を結んだ線（等温線）であり、Ｔamb１は低い周囲温度の等温線を示し、Ｔamb２は中程度の周囲温度の等温線を示し、Ｔamb３は高い周囲温度の等温線を示している。各周囲温度に対する等温線はいずれも、空燃比を変更しながら内燃機関を一定の回転速度及び全負荷運転させることによってテストベンチで求めた。周囲温度が低い場合には、周囲温度によって内燃機関がより冷却されるため、同一空燃比に対するシリンダ温度は周囲温度が高い場合よりも低くなる。線Ｔcyl_maxは最高許容シリンダ温度を表しており、この温度を上回ると内燃機関が損傷等するおそれがある。
【００８２】
図４には、例えば冬季などの周囲温度（外気温）が低い条件で内燃機関１を動作させる場合が示されている。この場合、周囲温度が低いため、周囲空気によるシリンダの冷却効果が高くなることからシリンダ温度も低くなる。その結果、無火花燃焼の発生しやすさが低下するので、制御装置２４は、前記ＮＳＣ境界に到達するまで空燃比をリーン側に調整する。このため、安定制御領域３２、すなわち、制御装置２４が空燃比を調整する際に目標とする安定動作点付近の領域は、リーン側にシフトする。有利なことに、これによって、過熱のおそれなしに内燃機関１の燃費が向上する。
【００８３】
一方、図５には、例えば夏季などの周囲温度（外気温）が高い条件で内燃機関１を動作させる場合が示されている。この場合、周囲温度が高いため、周囲空気によるシリンダの冷却効果が低下することからシリンダ温度も高くなる。その結果、無火花燃焼の発生しやすさが高まるので、制御装置２４は、前記ＮＳＣ境界に達するまで空燃比をリッチ側に調整する。このため、安定制御領域３２はリッチ側にシフトする。有利なことに、これによって、内燃機関１の温度が下がり、通常は得られるトルクが増大して高負荷にも対応可能になる。
【００８４】
図４及び図５は、制御装置２４によって設定される安定制御領域に対して周囲温度のみが与える影響を示している。但し、内燃機関１に存在する汚れ、冷却空気量の変化又は内燃機関１のシリンダ６の冷却に影響を与えるその他の任意の内燃機関１の状態によっても空燃比調整が異なるものになることに留意されたい。例えば、内燃機関１に汚れがついていると、内燃機関１の冷却が弱まってシリンダ温度が高くなるため、周囲空気が高い場合と同様、空燃比はリッチ寄りに調整される。また、図４及び図５において、内燃機関１は全負荷で運転されているので、その分だけシリンダ温度が高くなっていることに留意されたい。内燃機関１が低負荷で運転される場合には、シリンダはより低いシリンダ温度までしか到達しないため、空燃比は、前記ＮＳＣ境界に達するまでリーン側に調整されることになる。
【００８５】
図６は、点火時期を変更すること、特に点火時期を遅延（遅角）させることによって活性化動作が前記ＮＳＣ境界に与える影響を説明する図である。上述のように、本実施形態において、前記非火花点火行程における無火花燃焼のしやすさを高めるための活性化動作が実行される。この活性化動作は、点火プラグ２のスパーク時期が通常運転時の前記火花点火行程におけるスパーク時期に比べて遅延される活性化行程として実行される。点火プラグ２によるスパーク時期、すなわち点火時期を変化させる活性化動作は、活性化動作を実行するための追加の手段が必要とされないため、本実施形態において特に有利である。
【００８６】
前記無火花燃焼検出ステップが実行される前記非火花点火行程の前のサイクルの活性化行程においてスパーク時期を遅延させることにより、燃焼中の混合気からピストン８に伝達されるエネルギーが減少する。これはピストン８が上死点位置から離れるときに火炎の先端がピストン８に追従するという状況に起因するものと考えられる。その結果、スパーク時期が遅延された活性化行程においては排気ガス温度が高くなる。排気ガス温度が高くなると、前記燃焼室に残留する排気ガスの温度も高くなる。また、内燃機関１のシリンダ６の内面の温度も若干上昇する。したがって、これに続く非火花点火行程において無火花燃焼のしやすさが高まる。さらに、スパーク時期が遅延された活性化行程では排気ガスがより多くのラジカル量を含み、このことはこれに続く非火花点火行程において無火花燃焼のしやすさをさらに高める。有利なことに、混合気中のラジカル量の増加に伴って発生する無火花燃焼は、活性ラジカル燃焼（Activated Radical Combustion：ＡＲＣ）として知られており、これは、均一に分散する多数のラジカルが燃焼開始点として機能するため、低温かつ円滑な自己着火燃焼をもたらすことが知られている。前記活性化行程における点火時期を前記火花点火行程における点火時期に比べて遅延（遅角）させると、後続の非火花点火行程において無火花燃焼のしやすさを高める効果が生じ、この効果は、前記スパーク時期が遅いほど高くなる。好ましくは、前記活性化行程における遅角点火時期は、２０°〜０°ＣＡ  ＢＴＤＣの前記スパーク時期の範囲内に設定される。なお、機関の回転速度が上昇した場合には、一定の活性化効果を得るため、前記活性化行程における前記スパーク時期を早めることが可能である。
【００８７】
図６において、線３４は、無火花燃焼の発生が検出された非火花点火行程の前の火花点火行程において前記スパーク時期が２５°ＣＡ  ＢＴＤＣである場合に対応するＮＳＣ境界を表している。本実施形態では、通常運転時の火花点火行程における点火時期が２５°ＣＡ  ＢＴＤＣであるため、線３４は、前記非火花点火行程の前に活性化動作が実行されていない場合のＮＳＣ境界を表している。また、線３６は、非火花点火行程の前の火花点火行程（活性化行程）において前記スパーク時期が１５°ＣＡ  ＢＴＤＣに遅延（遅角）された場合に対応するＮＳＣ境界を表し、線３８は、非火花点火行程の前の火花点火行程（活性化行程）において前記スパーク時期が５°ＣＡ  ＢＴＤＣに遅延（遅角）された場合に対応するＮＳＣ境界を表している。ＮＳＣ境界３６，３８は、活性化動作が実行されていない場合のＮＳＣ境界３４を実質的に低温側に平行移動させたものとみなすことができる。換言すれば、活性化動作又は活性化行程によって、一時的に、すなわち、実質的に非火花点火行程を含む後続の１サイクルの間、前記ＮＳＣ境界を実際の通常運転時の前記ＮＳＣ境界よりも低温側にシフトさせることが可能となる。前記無火花燃焼は前記非火花点火行程において制御装置によって検出され、制御装置２４は、その後、特定の活性化行程に対応する前記ＮＳＣ境界又はその近傍で空燃比の調整を行う。
【００８８】
前記ＮＳＣ境界に対する前記活性化行程の影響を同定し及び定量化することにより、前記活性化行程を用いて、空燃比を、任意の運転状態に対する所望の値に設定することが可能となる。なお、無火花燃焼のしやすさを高める又は低下させる効果を特定の範囲内で変化させることが可能な他の活性化動作についても同様のことが言える。
【００８９】
例えば、テストベンチでは、制御を無効にした内燃機関を、所望の空燃比及び特定の運転条件（例えば、特定の周囲温度、特定の周囲圧力及び特定の負荷）の下で動作させることができる。前記特定の運転条件は、例えば、標準的な周囲条件及び最大負荷（全負荷）であり得る。また、前記所望の空燃比は、例えば、十分に低温な前記内燃機関の安定動作温度と前記内燃機関の燃費と前記内燃機関のトルクとのバランスを考慮して、自由に選択され得る。テストベンチでの前記内燃機関の動作温度は、例えばシリンダにおいて測定可能であり、空燃比もまたテストベンチで測定され及び確認され得る。そして、本実施形態に係る制御がオン（開始）されると、制御装置２４は、前記活性化行程と、前記非火花点火行程と、前記無火花燃焼の検出と、空燃比の調整と、を繰り返し実行する。なお、テストベンチでは、前記活性化行程での遅延スパーク時期を調整することが可能である。
【００９０】
制御装置２４は、或る空燃比から出発し、最終的には前記ＮＳＣ境界上の安定動作点、すなわち、特定の空燃比とこれに対応する前記内燃機関の特定の動作温度とを割り出す。上述のように、このＮＳＣ境界は、前記活性化行程、特に前記活性化行程における遅延スパーク時期によって変化する。そして、前記テストベンチでは前記活性化行程における遅延スパーク時期を変更することができ、それぞれの遅延スパーク時期に対応する安定動作点を観測（モニタ）することができる。例えば、或る特定の遅延スパーク時期に対応する安定動作点の空燃比が所望の空燃比に比べてリッチ寄りである場合、このことは無火花燃焼の発生しやすさが低下することを意味するので、制御装置２４は空燃比をリーン側に調整することができるが、このことは、一方で、前記活性化行程における遅延スパーク時期がより早い時期にシフトされることを意味している（その逆も同様）。そして、最終的な遅延スパーク時期は、制御装置２４によって割り出された安定動作点が上述の所望の空燃比に対応しているテストベンチにて割り出すことができる。こうして最終的に割り出された前記活性化行程における遅延スパーク時期は、制御装置２４にロードしておくことが可能であり、テストベンチではない実際の使用においては、テストベンチと同じ運転状態の場合に、内燃機関１がこの特定の活性化行程を適用すれば、空燃比は必ず所望の空燃比に調整されることになる。
【００９１】
なお、例えば点火時期を早める（進角させる）などの無火花火燃焼のしやすさを低下させる活性化動作により、前記ＮＳＣ境界を実際の通常運転時の前記ＮＳＣ境界よりも実質的に高温側に平行移動させることもできる。前記活性化行程における点火時期を火花点火行程における点火時期に比べて早める（進角させる）と、後続の非火花点火行程において無火花燃焼のしやすさを低下させる効果が生じ、この効果は前記スパーク時期が早いほど高くなる。好ましくは、前記活性化行程における進角点火時期は４０°〜２５°ＣＡ  ＢＴＤＣの前記スパーク時期の範囲内に設定される。このような構成は、通常運転時に無火花燃焼（自己着火燃焼）によって内燃機関１を運転することが望ましい場合に適用され得る。このような場合、制御装置２４は、非火花点火行程では空燃比を前記ＮＳＣ境界上又はその近傍の値となるように調整する一方、通常運転時、すなわち、火花点火行程の間、内燃機関１は前記ＮＳＣ境界の上方領域で運転される。このような構成により、通常運転時に確実に無火花燃焼によって内燃機関１を運転させることが可能となる。さらに、前記活性化行程での進角点火時期を調整することにより、前記火花点火行程中における無火花燃焼の自己着火時期を正確に調整して最適化することができる。なお、内燃機関１が、通常運転時、すなわち、火花点火行程中の運転を無火花燃焼によって行うように構成されている場合、前記自己着火時期は前記スパーク時期よりも前である。この場合、前記火花点火行程における点火プラグ２によるスパークは、自己着火が起こらなかった場合に、特に空燃比リッチの状態から始動した内燃機関１が安定制御領域を割り出すまでの間に自己着火が起こらなかった場合に、燃焼を確実に起こさせるもの過ぎない。但し、内燃機関１が通常時の運転を無火花燃焼によって行うように構成されている場合には、点火プラグを完全に省略することもできる。
【００９２】
前記活性化行程の前記スパーク時期を調整することによって空燃比を任意の運転状態に対して所望の値に設定するという考え方に基づいて、機関の状態及び／又は周囲条件に応じて空燃比の目標値を変更することも可能である。
【００９３】
図７は、内燃機関１の回転速度に応じて取り得る前記活性化動作のバリエーション、具体的には前記活性化行程での遅延スパーク時期のバリエーション（変更幅）を示す表である。上述のように、前記活性化行程での遅延スパーク時期を変更することにより、任意の運転状態に対して所望の空燃比を得ることができる。そしてさらに今度は、内燃機関１の回転速度に応じて前記活性化行程での遅延スパーク時期を変更することによって、制御装置２４が空燃比を調整する際に目標とする所望の値（目標空燃比）を内燃機関１の回転速度に応じて変更することが可能になる。
【００９４】
例えば、内燃機関１の７０００ｒｐｍ〜１１０００ｒｐｍの動作範囲が４つの範囲に均等に分割され得る。制御装置２４は、７０００ｒｐｍ〜８０００ｒｐｍの範囲では、前記活性化行程での遅延スパーク時期を８°ＣＡ  ＢＴＤＣに設定するように構成され、この設定によって空燃比がＣＯ含有量４．５％に対応する値に調整される。このため、負荷が小さく過熱の危険性も小さい低回転速度域では、制御装置２４によって調整される空燃比がリーンとなり、その結果、内燃機関１の燃費が向上する。８０００ｒｐｍ〜９０００ｒｐｍの範囲では、前記活性化行程での遅延スパーク時期が１０°ＣＡ  ＢＴＤＣに設定され、この設定によって空燃比がＣＯ含有量５％に対応する値に調整される。このため、負荷が中程度で過熱の危険性も中程度の中間回転速度域では、制御装置２４によって調整される空燃比があまりリーンでもあまりリッチでもない状態となり、内燃機関１の燃費とトルク出力とがバランス良く両立される。９０００ｒｐｍ〜１００００ｒｐｍの範囲で調整される空燃比は、８０００ｒｐｍ〜９０００ｒｐｍの範囲の場合と同じである。但し、回転速度の上昇に伴い内燃機関１の温度も上昇し、前記燃焼室内における残留ガスの含有量も回転速度と共に増加するため、前記活性化行程での遅延スパーク時期をより早い値である１４°ＣＡ  ＢＴＤＣにシフトさせる必要がある。１００００ｒｐｍ〜１１０００ｒｐｍの範囲では、前記活性化行程での遅延スパーク時期が１６°ＣＡ  ＢＴＤＣに設定され、この設定によって空燃比がＣＯ含有量５．５％に対応する値に調整される。このため、負荷が大きく過熱の危険性も高い高回転速度域では、制御装置２４によって調整される空燃比がリッチとなり、内燃機関１のトルク出力が高くなると共に内燃機関１の過熱が防止される。前記動作範囲の両端に隣接する５０００ｒｐｍ〜７０００ｒｐｍの範囲と１１０００ｒｐｍ〜１３０００ｒｐｍの範囲とでは、空燃比調整が停止（オフ）され、空燃比が所定のリッチな値（例えば、ＣＯ含有量７％に対応する値）に設定され、良好な機関始動性が確保されると共に内燃機関１の過熱が防止される。
【００９５】
図８は、内燃機関が行い得る制御を示すシーケンス図である。内燃機関１の始動後、制御装置２４は、Ｓ１で、通常の火花点火行程を実行して内燃機関１を運転する。一定のサイクル数又は一定時間の経過後、制御装置２４は、Ｓ２で、空燃比調整ルーチンを開始する。前記空燃比調整ルーチンにおいて、まず、制御装置２４は、Ｓ３で、活性化動作を実行する。この活性化活動は、例えば活性化行程であり、当該活性化行程では点火プラグ２のスパーク時期を遅延させて、当該活性化行程における排気ガスの温度を上昇させると共にラジカル量を増加させる。次いで、Ｓ４において、制御装置２４は、前記活性化行程の直後のサイクルにおいて、点火プラグ２によるスパークの発生が停止された非火花点火行程を実行する。続くステップＳ５の無火花燃焼検出ステップにおいて、制御装置２４は、非火花点火行程において無火花燃焼が発生したか否かを検出する。Ｓ６において、制御装置２４は、Ｓ５の結果に応じて、前記混合気の空燃を調整する。すなわち、Ｓ５で無火花火燃焼が検出された場合、制御装置２４は空燃比をリッチ側に調整し、Ｓ５で無火花燃焼が検出されなかった場合、制御装置２４は空燃比をリーン側に調整する。Ｓ７では、例えば今回のＳ５の検出結果と前回のＳ５の検出結果とを比較することにより、調整後の空燃比が適切な空燃比となっているか否かを判定する。Ｓ８では、Ｓ７の判定結果に基づいて、制御装置２４が前記空燃比調整ルーチンを継続するかあるいは終了するかを判定し、継続する場合には一定のサイクル数の経過後にステップＳ３に戻る。
【００９６】
図９は、温度センサ２０を含む内燃機関１の他の実施形態、特にそのシリンダ部分の斜視断面図である。なお、図９に示される内燃機関１は、１つのシリンダ６を有した２ストローク機関（１気筒２ストローク機関）である。図９において、内燃機関１のピストン及び点火プラグは図示されていない。内燃機関１は、空気と燃料との混合気を燃焼室４に取り込むための吸気ポート１７と、前記混合気の燃焼後に排気ガスを燃焼室４から排気システム（図示せず）に排出するための排気ポート１８と、を有する。
【００９７】
温度センサ２０は、内燃機関１の排気ポート１８又はその近傍の位置に取り付けられている。温度センサ２０は、その赤外発光素子３４が排気ポート１８内又は排気システム内における排気ガス流中に位置するように配設されている。具体的には、赤外発光素子３４は、燃焼室４から排出された排気ガスが高速で、そして好ましくは赤外発光素子３４の表面に対して約２０°〜５０°の角度で、赤外発光素子３４に直撃する位置に配設される。温度センサ２０は、ホルダ３６の光センサ内蔵部が内燃機関１から突出して周囲空気に包まれるように、好ましくは、冷却風の流れの中に位置するように、配設されている。
【００９８】
なお、温度センサ２０は、無火花火燃焼の発生を検出する目的だけでなく、内燃機関１の過熱を特定してピストンの溶損等を防止する目的でも利用することができる。また、冷機始動と暖機始動とのいずれであるかの判別及び／又は温度センサ２０内に配設された光センサの温度ドリフトの補償を可能とするため、内燃機関１は、制御装置２４による絶対温度の算出を可能にするさらなる温度センサ、特に熱電対を有してもよい。
【００９９】
図１０及び図１１は、温度センサ２０の構成部品を示す図であり、図１１は、温度センサ２０の取り付け時の状態を示す。温度センサ２０は、円形の金属膜又は金属シートの形態の赤外発光素子３４を有しており、当該赤外発光素子３４は、ホルダ３６の軸方向端部に配設されている。ホルダ３６は、ブッシング部３８とチューブ部４０とを含む。チューブ部４０には、温度センサ２０を内燃機関１に取り付けるための取付フランジ４２が固定されている。赤外発光素子３４は、ブッシング部３８の軸方向前端部に圧着されている。ブッシング３８部の圧着部と赤外発光素子３４との間に熱絶縁体（図示せず）が配設されてもよい。ブッシング部３８は、成形加工、機械加工又は打ち抜き加工によって、熱伝導率の低い材料で形成され得る。チューブ部４０は、その軸方向前端部に壁部４４を有しており、壁部４４の中央にはピンホール４６が形成されている。チューブ部４０は、成形加工、機械加工又は打ち抜き加工によって、熱伝導率の低い材料で形成され得る。チューブ４０部と壁部４４とは一体に形成されてもよいし、別体に形成された壁部４４がチューブ４０部に固定されてもよい。チューブ部４０の軸方向の熱伝導率が低くなるよう、チューブ部４０の壁厚は約０．１ｍｍ以下に設定され得る。
【０１００】
ブッシング部３８とチューブ部４０とは、溶接、ろう付け、圧入又は接着接合などによって互いに固定され得る。取り付け時の状態において、ホルダ３６内には、赤外発光素子３４と壁部４４との間に第１チャンバ４８が形成され、赤外発光素子３４とは反対側のホルダ３６の軸方向端部と壁部４４との間に第２チャンバ５０が形成される。第２チャンバ５０におけるチューブ部４０内には、赤外発光素子３４が発する赤外光を検出するための光センサ５２、好ましくはダイオードが配設されている。光センサ５２は、壁部４４によって第１チャンバ４８から隔てられた第２チャンバ５０内に配設されているため、光センサ５２は、排気ガスの熱や、排気ガスと接触する温度センサ２０の部位からの熱、特に赤外発光素子３４やブッシング部３８からの熱から遮蔽されている。
【０１０１】
光センサ５２は、光センサ５２を囲むリング部材５４によって第２チャンバ５０内の所定の位置に保持されている。リング部材５４は、断熱材料で形成され得る。また、光センサ５２は、ベース部５６によって所定の位置にさらに保持されている。ベース部５６は、溶接、ろう付け、圧入又は接着接合によってホルダ３６に固定されており、壁部４４とは反対側に開口するチューブ部４０の軸方向端部を閉塞している。ベース部５６は、断熱材料で形成され得る。光センサ５２のピン５８はベース部５６を貫通して電気コネクタ６０に接続されており、この電気コネクタ６０によって光センサ５２のピン５８が温度センサ２０の接続コード６４の導電部６２に電気的に接続される。接続コード６４は、制御装置２４に接続されている。エンドキャップ６６は、ベース部５６を覆うと共に赤外発光素子３４とは反対側の温度センサ２０の軸方向端部を形成している。なお、本実施形態の温度センサ２０は二線式であるが、必要に応じて三線式を採用することもできる。二線式の場合、非線形ではあるがほぼ雑音のない信号出力となり、三線式の場合には、線形ではあるが雑音の影響を受けやすい信号出力となる。
【０１０２】
図１２は、赤外発光素子３４から発せられた赤外光が第１チャンバ４８、ピンホール４６及び第２チャンバ５０を通過して光センサ５２に到達するまでの光路６８を示す図である。光路６８は、赤外発光素子３４とピンホール４６との距離ｌ１と、ピンホール４６と光センサ５２との距離ｌ２と、ピンホール４６の径ｄphと関係によって実質的に決定される。各パラメータｌ１，ｌ２，ｄphは、赤外発光素子３４の中心部からの赤外光のみが光センサ５２に到達するように設定されており、赤外発光素子３４の前記中心部は、赤外発光素子３４の全表面積の５０％未満、好ましくは、３０％未満を構成する。赤外発光素子３４の前記中心部と、ピンホール４６の中心と、光センサ５２の中心とは、一つの軸（線）に沿って配列されている。また、ピンホール４６の光軸と光センサ５２の光軸とは一致している。赤外発光素子３４と光センサ５２との間の総距離（すなわち、ｌ１＋ｌ２）は、約１５ｍｍ〜約９０ｍｍの範囲、好ましくは約３０ｍｍ〜約５０ｍｍの範囲にあり得る。ピンホールの径ｄphは、約０．１ｍｍ〜約２ｍｍの範囲にあり得る。なお、感知する放射強度の範囲と感度とが異なる２つ以上の光センサ５２が第２チャンバ５０内に配設されてもよい。このようにすれば、より広範な温度範囲でより正確な検出結果を提供できる温度センサ２０が得られる。この場合、光路６８は、赤外発光素子３４からの赤外光がすべての光センサ５２に到達するように構成され得る。あるいは、複数の光センサ５２のそれぞれに赤外光を向けるように、さらなるピンホール４６が設けられてもよい。
【０１０３】
図１３は、制御装置２４の概略図である。制御装置２４は、マイクロコントローラ７０と、制御装置の電源管理を行う複数の要素と、情報入力専用の複数の要素と、情報出力専用の複数の要素と、を有する。制御装置２４の電源は、高圧電源７２と低圧電源７４とに分けられており、いずれも外部電源７６から電力供給を受けている。
【０１０４】
高圧電源７２は、０〜２５０Ｖの範囲の電圧供給を行うことができる。高電圧はコンデンサユニット７８に供給される。コンデンサユニット７８は２つ以上のコンデンサを含み得る。マイクロコントローラ７０が制御装置２４の各出力要素を有効化すると、コンデンサユニット７８に蓄積された高電圧が各出力要素に供給される。制御装置２４の第１の出力を有効化する場合、マイクロコントローラ７０は、スイッチ８０をオンにして第１の出力信号を第１の出力端子８２に供給する。本実施形態において、第１の出力端子８２は燃料供給手段１４に接続されており、第１の出力信号は吸気ポート１７に供給される混合気の空燃比を制御する。制御装置２４の第２の出力を有効化する場合、マイクロコントローラ７０はサイリスタ８４をオンにして、第２の出力端子８８への高電圧供給が可能に構成された点火コイル８６にパルスを供給する。本実施形態において、第２の出力端子８８は点火プラグ２に接続されており、第２の出力信号はスパーク動作を制御する。
【０１０５】
低圧電源７４は、０〜１２Ｖの範囲の電圧供給を行うことができる。低電圧は、マイクロコントローラ７０及びセンサ増幅器９０に供給される。センサ増幅器９０は、制御装置２４の第１の入力端子９２でセンサ信号を受信し、受信したセンサ信号を増幅し、増幅したセンサ信号をマイクロコントローラ７０に供給する。本実施形態において、第１の入力端子９２は温度センサ２０に接続されている。
【０１０６】
さらに、マイクロコントローラ７０のタイミング調整動作のために、制御装置２４は第２の入力端子９４で外部トリガ信号を受信し、信号作成部９６が、受信した外部トリガ信号を使用してマイクロコントローラ７０に適切なトリガ信号を提供する。信号作成部９６には外部電源７６によって直接電力が供給されている。本実施形態において、第２の入力端子９４は回転センサ２２に接続されている。マイクロコントローラ７０は、入力側で受信した情報を処理及び格納し、処理結果を出力側に供給するためのプロセッサコアとメモリとを有している。
【０１０７】
図１４は、温度センサ２０の電子回路を示す概略図である。温度センサ２０の光センサ５２は、赤外光用のダイオードとして設けられており、制御装置２４のセンサ増幅器９０に接続されている。
【０１０８】
ダイオードのアノードは、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ９８のベースに接続されている。トランジスタ９８のエミッタは接地され、トランジスタ９８のコレクタはＰＮＰ型バイポーラトランジスタ１００のベースに接続されている。トランジスタ１００のコレクタは接地され、トランジスタ１００のエミッタは信号出力端子１０２に接続されている。ダイオードのカソードは、接地コンデンサ１０４と、信号出力端子１０２に接続された抵抗１０６と、に接続されている。センサ増幅器９０は、信号出力端子１０２に接続された抵抗１１０を介して、電源端子１０８で低圧電源７４から電力供給を受けている。
【０１０９】
図１５及び図１６は、内燃機関１による温度測定結果を示しており、図１５は、変化検出サイクルにおいて燃焼室内に無火花燃焼が発生していない場合を示している。横軸（ｘ軸）には、クランクシャフト角度が度単位で示されている。温度測定は、１気筒２ストローク型の内燃機関１の温度センサ２０を用いて行った。燃焼室の１サイクルの測定はｘ軸上の３６０°に相当する。縦軸（ｙ軸）には、温度センサ２０によって測定された排気ガス温度が示されている。なお、この測定値は、安定動作温度に到達した後の内燃機関１で取得されたものである。また、温度信号は、回転角の測定値に対して一定のずれを含んでいる場合がある。このずれは、温度センサ２０の燃焼室４に対する配置、すなわち、燃焼室４から排出された排気ガスが温度センサ２０に到達するまでのタイミングの遅れによって発生するものである。図１５及び図１６の説明図において、各サイクルに示された温度値は当該サイクルの排気ガス温度の測定値であると理解されたい。
【０１１０】
燃焼室４の１サイクルの間、排気ポート１８で温度センサ２０によって測定される排気ガス温度は次のように変化する。すなわち、サイクル開始時には低温であり、燃焼室４から排出された高温の排気ガスが温度センサ２０のそばを通過するようになると上昇し、燃焼室４からの排気ガスの排出がなくなるサイクルのおよそ中頃に最高温度に達する。その後は、温度センサ２０のそばを通過する排気ガスがほぼなくなるため低下して、サイクル終了時までには低温に戻る。
【０１１１】
サイクル１−１及びサイクル１−２は通常運転時の火花点火行程に対応し、サイクル１−３は活性化行程に対応し、サイクル１−４は前記無火花燃焼検出ステップが実行される非火花点火行程に対応する。なお、サイクル１−５及びサイクル１−６も通常運転時の火花点火行程を表している。内燃機関１は、１サイクル中の複数の時点で温度測定値を取得するように構成されてもよく、１サイクル中の１つの時点での温度測定値を取得するように構成されてもよい。但し、２サイクル間の排気ガス温度の変化を確実に検出するためには、各サイクル中の平均温度、好ましくは所定のクランクシャフト角度区間内の平均温度を検出することが望ましい。あるいは、内燃機関１は、最高温度となることが予想されるクランクシャフ卜角度での温度測定値のみを取得するように構成されてもよい。好ましくは、内燃機関１は、排気ガス温度が最高値をとることが予想される例えば９０°〜１８０°の範囲などの出口ポート開口直後のクランクシャフ卜角度の区間又は範囲において、例えば３〜１０回など複数回にわたり温度測定値を取得してこれら温度測定値の最大値または平均値を使うように構成される。また、内燃機関１は、温度測定値の最大値または平均値を求める前に、温度測定値の外れ値を除外するように構成されてもよい。
【０１１２】
サイクル１−１及びサイクル１−２はいずれも通常運転時の火花点火行程であるので、内燃機関１によって取得される温度信号Ｔ１１と温度信号Ｔ１２とは実質的に同じである。一方、サイクル１−３はスパーク時期が遅延される活性化行程であるため、この活性化行程での排気ガス温度測定値Ｔ１３は、これに先行する通常運転時の火花点火行程のＴ１１やＴ１２よりも高い。サイクル１−４は点火プラグ２によるスパークの発生が停止されると共に、前記無火花燃焼検出ステップが実行される非火花点火行程である。上述のように、図１５は、非火花点火行程において無火花燃焼が発生しない場合を示している。したがって、サイクル１−４の排気ガス温度測定値Ｔ１４は、活性化行程の温度Ｔ１３並びに先行する通常運転時の火花点火行程の温度Ｔ１１及び温度Ｔ１２よりも低い。前記無火花燃焼検出ステップにおいて、内燃機関１は、非火花点火行程の温度Ｔ１４と活性化行程の温度Ｔ１３とを比較し、その差が所定の閾値を上回っていることから、非火花点火行程において無火花燃焼は発生していないと判定する。本実施形態では、この判定に基づき、内燃機関１は空燃比をリーン側に調整する。なお、内燃機関１は、非火花点火行程において無火花燃焼が発生したか否かを判定する前記無火花燃焼検出ステップを行うために、非火花点火行程の温度Ｔ１４と先行する通常運転時の火花点火行程１−２の温度Ｔ１２とを比較することもできる。
【０１１３】
図１６は、非火花点火行程において燃焼室内で無火花燃焼が発生した例を示している。図１６の温度測定結果は、図１５に関して説明したものと同様の測定条件で取得されたものである。図１５の場合と同様に、サイクル２−１及びサイクル２−２は通常運転時の火花点火行程に対応し、サイクル２−３は活性化行程に対応し、サイクル２−４は前記無火花燃焼検出ステップが実行される非火花点火行程に対応する。なお、サイクル２−５及びサイクル２−６も通常運転時の火花点火行程を表している。サイクル２−１及びサイクル２−２はいずれも通常運転時の火花点火行程であるので、内燃機関１によって取得される温度信号Ｔ２１と温度信号Ｔ２２とは実質的に同じである。一方、サイクル２−３はスパーク時期が遅延される活性化行程であるので、この活性化行程での排気ガス温度測定値Ｔ２３は、これに先行する通常運転時の火花点火行程の温度Ｔ２１や温度Ｔ２２よりも高い。サイクル２−４は点火プラグ２によるスパークの発生が停止されると共に、前記無火花燃焼検出ステップが実行される非火花点火行程である。図１６に示される場合にように、非火花点火行程において無火花燃焼が発生すると、サイクル２−４の排気ガス温度測定値Ｔ２４は活性化行程の温度Ｔ２３と実質的に等しいか又は温度Ｔ２３よりも若干高く、また、先行する通常運転の火花点火行程の温度Ｔ２１や温度Ｔ２２よりも高い。前記無火花燃焼検出ステップにおいて、内燃機関１は、非火花点火行程の温度Ｔ２４と活性化行程の温度Ｔ２３とを比較し、その差が所定の閾値を上回っていることから、無火花燃焼が発生したと判定する。本実施形態においては、この判定に基づき、内燃機関１は空燃比をリッチ側に調整する。なお、非火花点火行程サイクル２−４の温度Ｔ２４は先行する通常運転時の火花点火行程２−２のＴ２２より高いため、制御装置２４は、非火花点火行程において無火花燃焼が発生したか否かを判定する前記無火花燃焼検出ステップを行うために、非火花点火行程の温度Ｔ２４と先行する通常運転時の火花点火行程２−２の温度Ｔ２２とを比較することもできる。
【０１１４】
なお、図１５及び図１６においては、非火花点火行程１−４（２−４）に続く通常運転時の２つの火花点火行程１−５，１−６（２−５，２−６）の温度Ｔ１５，Ｔ１６（Ｔ２５，Ｔ２６）が、非火花点火行程の温度Ｔ１４（Ｔ２４）と同等であるよう図示されている。これは、単に、内燃機関１の構成及び／又は温度センサ２０の熱的不活性のために、内燃機関１によって取得できる温度測定値が徐々に変化して、初期の通常運転時の火花点火行程１−１，１−２（２−１，２−２）の温度Ｔ１１，Ｔ１２（Ｔ２１，Ｔ２２）に到達するまでに数サイクルの時間を要する場合があることを示しているに過ぎない。但し、内燃機関１及び／又は温度センサ２０の構成によっては、非火花点火行程１−４（２−４）直後の通常運転時の火花点火行程１−５（２−５）における温度が、先行する通常運転時の火花点火行程１−１，１−２（２−１，２−２）のレベルにほぼ達している場合も考えられる。
【符号の説明】
【０１１５】
１  内燃機関
２  点火プラグ
４  燃焼室
６  シリンダ
８  ピストン
１０  クランクシャフト
１２  空気取入口
１４  燃料供給手段
１６  燃料タンク
１７  吸気ポート
１８  排気ポート
１９  吸気バルブ
２０  温度センサ
２１  排気バルブ
２２  回転センサ
２４  制御装置
２６  ＮＳＣ境界
２８  ＮＳＣ領域
３０  非ＮＳＣ領域
３２  安定制御領域
３４  赤外発光素子
３６  ホルダ
３８  ブッシング部
４０  チューブ部
４２  取付フランジ
４４  壁部
４６  ピンホール
４８  第１チャンバ
５０  第２チャンバ
５２  光センサ
５４  リング部材
５６  ベース部
５８  ピン
６０  電気コネクタ
６２  導電部
６４  接続コード
６６  エンドキャップ
６８  光路
７０  マイクロコントローラ
７２  高圧電源
７４  低圧電源
７６  外部電源
７８  コンデンサユニット
８０  スイッチ
８２  第１の出力端子
８４  サイリスタ
８６  点火コイル
８８  第２の出力端子
９０  センサ増幅器
９２  第１の入力端子
９４  第２の入力端子
９６  信号作成部
９８  ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ
１００  ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ
１０２  信号出力端子
１０４  接地コンデンサ
１０６  抵抗
１０８  電源端子
１１０  抵抗
Ｔamb１  低外気温の等温線
Ｔamb２  中程度の外気温の等温線
Ｔamb３  高外気温の等温線
Ｔcyl_max  最高許容シリンダ温度
ｌ１  赤外発光素子とピンホールの距離
ｌ２  ピンホールと光センサの距離
ｄph  ピンホール径
Ｔ１１〜Ｔ１６  サイクル１−１〜１−６の温度測定値
Ｔ２１〜Ｔ２６  サイクル２−１〜２−６の温度測定値
【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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【図１６】
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【国際調査報告】
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