JP2004300999A

JP2004300999A - エンジンの燃焼室環境検出装置、燃焼室環境検出方法、及びエンジンの制御装置

Info

Publication number: JP2004300999A
Application number: JP2003094063A
Authority: JP
Inventors: Eiji Tomita; 栄二冨田; Sadami Yoshiyama; 定見吉山; Tatsuya Tanaka; 達也田中; Michihiko Tabata; 道彦田端
Original assignee: Mazda Motor Corp; Okayama University NUC
Current assignee: Mazda Motor Corp; Okayama University NUC
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2004-10-28
Anticipated expiration: 2023-03-31
Also published as: JP4143456B2

Abstract

【課題】放電実行時期における燃焼室６内の環境を高精度に検出する
【解決手段】圧縮工程中期以降において、火炎核を発生させかつ保持させる相対的に小さいエネルギの先行放電を実行する（ｉ）と共に、先行放電終了から所定時間経過後に、火炎を成長させる相対的に大きいエネルギの主放電を実行する（ｉｉｉ）。先行放電の終了後、主放電の開始前（ｉｉ）にイオン電流を計測し、そのイオン電流の特性に基づいて、主放電の実行前における燃焼室内の環境を検出する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼室内に生じたイオン電流を計測することによって、その燃焼室内の環境を検出するエンジンの燃焼室環境検出装置、燃焼室環境検出方法、及びこの燃焼室環境検出装置を備えたエンジンの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、燃焼室に臨んで配設された点火プラグの放電電極と、この放電電極に接続されたイオン電流検出回路とを利用して、火炎によって生じる燃焼室内のイオン電流を計測し、それによって、例えば空燃比等の燃焼室内の環境を検出することが知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−３１７６１８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の燃焼室内環境の検出方法では、放電を開始してから、その放電が終了するまでは、放電電流がノイズとなって、燃焼室内に生じたイオン電流を検出することができない。このため、例えば放電開始時期における燃焼室内の環境を検出したいという要求があるが、放電時間が比較的長い（例えばトランジスタ式の点火回路では数ｍｓｅｃ）ために、放電開始時期から大きく遅れたタイミングでしか燃焼室内の環境を検出することができないという不都合がある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的とするところは、放電実行時期における燃焼室内の環境を高精度に検出することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のエンジンの燃焼室環境検出装置は、燃焼室内のイオン電流を計測することによって、該燃焼室内の環境を検出する装置である。
【０００７】
上記燃焼室環境検出装置は、上記燃焼室内に臨んで配設される放電電極の放電パターンを制御する放電制御手段と、上記放電電極に接続されて、上記燃焼室内に生じたイオン電流を計測するイオン電流計測手段と、上記イオン電流計測手段によって検出されたイオン電流の特性に基づいて、上記燃焼室内の環境を検出する環境検出手段と、を備える。そして、上記放電制御手段は、圧縮行程中期以降において、火炎核を発生させかつ保持させる相対的に小さいエネルギの先行放電を実行すると共に、該先行放電終了から所定時間経過後に、火炎を成長させる相対的に大きいエネルギの主放電を実行し、上記イオン電流計測手段は、上記先行放電の終了後、上記主放電の開始前に、上記燃焼室内に生じたイオン電流を計測し、上記環境検出手段は、上記イオン電流計測手段によって計測されたイオン電流の特性に基づいて、上記主放電の実行前における燃焼室内の環境を検出する。
【０００８】
この構成によると、放電制御手段は、圧縮行程中期以降において、主放電を実行する前に先行放電を実行する。これにより、火炎核が生成・保持され、燃焼室内にはイオン電流が生じる。イオン電流計測手段は、上記先行放電の終了後、上記主放電の開始前に、その先行放電によって燃焼室内に生じたイオン電流を計測する。このように、先行放電及び主放電が行われていないときにイオン電流を計測するため、先行放電及び主放電の放電電流を検出することなく、イオン電流のみを正確に計測することが可能になる。
【０００９】
そして、環境検出手段は、上記イオン電流計測手段によって計測されたイオン電流の特性に基づいて、上記主放電の実行前における燃焼室内の環境を検出する。ここで、「燃焼室内の環境」には、空燃比や、燃焼室内の流動状態（流速、乱れ強さ、タンブル／スワール比）が含まれる。
【００１０】
こうして、主放電の実行前に、その主放電よる火炎の成長に影響を与えない程度の相対的に小さいエネルギの先行放電を行う。このことで、主放電の開始時期における燃焼室内の環境を高精度に検出することが可能になる。また、主放電の実行前に燃焼室内の環境を検出するため、主放電自体は従来と同様に、放電時間を比較的長くすることができ、それにより、燃焼状態を安定化させて、燃費の向上やエミッション特性の向上も図られる。
【００１１】
本発明のエンジンの燃焼室環境検出方法は、燃焼室内のイオン電流を計測することによって、該燃焼室内の環境を検出する方法である。
【００１２】
この方法は、圧縮行程中期以降において、上記燃焼室内で、火炎核を発生させかつ保持させる相対的に小さいエネルギの先行放電を実行するステップと、上記先行放電終了から所定時間経過後に、上記燃焼室内で、火炎を成長させる相対的に大きいエネルギの主放電を実行するステップと、上記先行放電の終了後、上記主放電の開始前に、上記燃焼室内に生じたイオン電流を計測するステップと、上記計測したイオン電流の特性に基づいて、上記主放電の実行前における燃焼室内の環境を検出するステップとを含む。
【００１３】
この構成によって、上述したように、主放電を実行する前に、相対的に小さいエネルギの先行放電を実行することによって、その先行放電終了後、主放電開始前に、放電電流を計測することなくイオン電流のみを計測することが可能になる。その結果、主放電の開始時期における燃焼室内の環境を高精度に検出することが可能になる。
【００１４】
本発明のエンジンの制御装置は、上記の燃焼室環境検出装置と、エンジンの運転状態に応じて設定される主放電実行時期及び燃料噴射態様の内の少なくとも一方の補正を行う補正手段と、を備える。そして、上記燃焼室環境検出装置の環境検出手段は、イオン電流の特性に基づいて、主放電の実行前における燃焼室内の空燃比を検出し、上記補正手段は、上記環境検出手段によって検出された空燃比に応じて、上記主放電実行時期及び燃料噴射態様の少なくとも一方の補正を行う。
【００１５】
この構成によると、燃焼室環境検出装置の環境検出手段は、主放電の実行前における燃焼室内の環境として空燃比を検出する。補正手段は、その検出された空燃比に応じて、主放電実行時期及び燃料噴射態様の少なくとも一方の補正を行う。
【００１６】
燃料噴射態様には、例えば、検出された空燃比がエンジンの運転状態に応じて設定された目標空燃比よりもリーン側であったときには、主放電の実行前に追加の燃料噴射を行うことが含まれる。こうすることで、主放電実行時期における燃焼室内の空燃比を目標空燃比に近づけることが可能になる。また、検出された空燃比がエンジンの運転状態に応じて設定された目標空燃比よりもリッチ側であったときには、次の燃焼サイクルにおける燃料噴射量を減少補正することが含まれる。
【００１７】
上述したように上記燃焼室環境検出装置は、主放電の実行前に空燃比を検出することが可能であるため、その空燃比の検出結果を、当該燃焼サイクルに反映させることが可能になる。これにより、各燃焼サイクルの燃焼状態が最適化される。また、空燃比に応じて主放電実行時期及び燃料噴射態様の少なくとも一方の補正を行うことによって、着火安定性を高めることができ、例えば理論空燃比よりも空気の割合が大きいリーン運転を行っているときには、リーン限界を高めることができる。その結果、燃費の向上や、エミッション特性の向上が図られる。
【００１８】
また、目標空燃比よりも空燃比がリーン側であるときには、圧縮行程後半の混合気の温度が上昇するためノッキングが発生し易いが、主放電実行前に検出した空燃比が目標空燃比よりもリーン側であったときには、それに応じて主放電実行時期及び燃料噴射態様の少なくとも一方の補正を行えば、ノッキングの発生を未然に防止することも可能になる。
【００１９】
本発明の他のエンジン制御装置は、上記の燃焼室環境検出装置と、エンジンの運転状態に応じて設定される主放電実行時期の補正を行う補正手段と、を備える。そして、上記燃焼室環境検出装置の環境検出手段は、イオン電流の特性に基づいて、主放電の実行前における燃焼室内の流動状態を検出し、上記補正手段は、上記環境検出手段によって検出された流動状態に応じて、上記主放電実行時期の補正を行う。
【００２０】
この構成によると、燃焼室環境検出装置の環境検出手段は、主放電の実行前における燃焼室内の環境として流動状態を検出する。
【００２１】
そして、補正手段は、その検出された流動状態に応じて、主放電実行時期の補正を行う。
【００２２】
ここで、流動状態が強いときの一形態として、吸気側から排気側へのタンブル流が強いときには、火炎が排気側に流されてしまって吸気側には広がりにくくなる。その結果、吸気側においてノッキングが発生する虞がある。つまり、上記燃焼室環境検出装置が、主放電の実行前に流動状態を検出することにより、ノッキングの発生を予測することが可能になる。そこで、ノッキング発生の予測結果を当該燃焼サイクルに反映させるべく、その流動状態の検出結果に応じて主放電実行時期を補正する。流動状態によってノッキングの発生が予測されたとには、主放電実行時期をリタードさせればよい。こうすることで、ノッキングの発生が未然に防止される。
【００２３】
本発明のさらに他のエンジンの制御装置は、上記の燃焼室環境検出装置と、エンジンの運転状態に応じて主放電実行時期を設定する主放電時期設定手段と、上記主放電時期設定手段によって設定された主放電実行時期の補正を行う主放電時期補正手段と、を備える。そして、上記燃焼室環境検出装置の放電制御手段は、主放電の実行前に、所定の時間間隔を空けて複数回の先行放電を実行し、上記燃焼室環境検出装置のイオン電流計測手段は、上記先行放電毎に上記燃焼室内に生じたイオン電流を計測し、上記燃焼室環境検出装置の環境検出手段は、計測された複数回のイオン電流の特性に基づいて、主放電実行時期における燃焼室内の空燃比を予測し、上記主放電時期補正手段は、上記環境検出手段によって予測された予測空燃比に応じて、上記主放電実行時期の補正を行う。
【００２４】
この構成によると、燃焼室環境検出装置の放電制御手段は、主放電の実行前に、先行放電を複数回実行する。これにより、各先行放電終了後、次の先行放電開始前に、放電電流を計測することなく燃焼室内に生じたイオン電流のみを計測することが可能になる。イオン電流計測手段は、その各先行放電終了後に、燃焼室内に生じたイオン電流を計測する。こうして、主放電の実行前に、所定時間毎のイオン電流（燃焼室内の空燃比）が検出される。これにより、空燃比の時間変動が算出でき、環境検出手段は、その空燃比の時間変動に基づいて主放電実行時期における空燃比を予測可能になる。こうして、主放電実行時期における空燃比が予測されれば、主放電時期補正手段は、その予測空燃比に応じて主放電実行時期の補正を行う。
【００２５】
これは特に、点火プラグの電極（放電電極）周りに偏在させた混合気を燃焼させる成層燃焼を行っているときに最適な制御である。つまり、成層燃焼運転では、主放電実行時期に、放電電極の周囲に層状に分布する混合気塊を形成する。このため、主放電実行時期における放電電極周りの空燃比（局所空燃比）が、着火安定性には特に重要になる。一方で、主放電実行時期に放電電極近傍の混合気濃度がピークとなるように、圧縮行程中期以降において局所空燃比は大きく変動する。そこで、先行放電を複数回実行することにより局所空燃比の変動を検出し、それによって主放電実行時期の空燃比を予測する。そして、その予測空燃比に応じて主放電実行時期を補正することにより、成層燃焼運転における着火安定性を向上させることができる。その結果、リーン限界を大幅に高めることが実現する。
【００２６】
上記エンジンの制御装置においては、エンジンの運転状態に応じて目標空燃比を設定する空燃比設定手段と、上記目標空燃比に応じて設定される燃料噴射態様の補正を行う燃料噴射補正手段と、をさらに備え、上記燃料噴射補正手段は、予測空燃比が目標空燃比よりもリーン側であるときには、主放電の実行前に追加の燃料噴射を実行し、上記予測空燃比が目標空燃比よりもリッチ側であるときには、次の燃焼サイクル以降の燃料噴射量を減少補正してもよい。
【００２７】
この構成によると、燃料噴射補正手段は、主放電実行時期における空燃比が、目標空燃比よりもリーン側であることが予測されたときには、追加の燃料噴射を実行する。このことにより、主放電を実行するタイミングでの局所空燃比を目標空燃比に近づけることが可能になり、着火安定性が高まる。一方、主放電実行時期における空燃比が、目標空燃比よりもリッチ側であることが予測されたときには、上記燃料噴射補正手段は、次の燃焼サイクル以降の燃料噴射量を減少補正する。これにより、燃費の向上や、エミッション特性の向上が図られる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のエンジンの燃焼室環境検出装置及び検出方法によれば、主放電の実行前に先行放電を行い、その先行放電終了後、主放電開始前においてイオン電流を計測するため、イオン電流のみを計測することができ、それによって、主放電の開始時期における燃焼室内の環境を高精度に検出することができる。
【００２９】
また、本発明のエンジンの制御装置によれば、主放電実行前における空燃比や流動状態に応じて、主放電の実行時期や燃料噴射態様を補正することにより、着火安定性を高めてリーン限界を高めたり、ノッキングの発生を未然に防止したりすることができる。
【００３０】
さらに、本発明のエンジンの制御装置によれば、主放電前に先行放電を複数回実行し、それによってイオン電流を複数回検出することにより、主放電実行時期における空燃比を予測することができ、その予測した空燃比によって主放電実行時期や燃料噴射態様を補正することによって、特に成層燃焼運転における着火安定性を高めることができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基いて説明する。ここでは先ず、エンジンの燃焼室環境検出装置について説明し、その後に、この燃焼室環境検出装置を備えたエンジンの制御装置について説明する。
【００３２】
−エンジンの燃焼室環境検出装置−
図１は、エンジンの燃焼室環境検出装置Ａを示していて、この装置Ａは、燃焼室６内に臨んで配設された放電電極としての点火プラグ１７と、この点火プラグ１７に接続された点火回路１８及びイオン電流検出回路１９と、これら点火回路１８及びイオン電流検出回路１９とを制御するＥＣＵ５０とから構成されている。
【００３３】
この装置Ａにおいて、点火回路１８とＥＣＵ５０によって、放電電極の放電パターンを制御する放電制御手段６１が構成され、イオン電流検出回路１９とＥＣＵ５０によって、燃焼室６内に生じたイオン電流を計測するイオン電流計測回路６２が構成される。また、上記ＥＣＵ５０は、上記イオン電流計測手段６２によって検出されたイオン電流の特性に基づいて、上記燃焼室６内の環境を検出する上記環境検出手段６３をも構成する、
上記点火回路１８は、トランジスタ型の点火回路、及びＣＤＩ型の点火回路のいずれであってもよが、点火プラグ１７における放電エネルギを可変に構成されたものとする。この放電エネルギ可変とは、少なくとも、火炎核を生成させて保持させる一方で火炎は成長させない相対的にエネルギの小さい放電（先行放電）と、火炎を成長させる相対的にエネルギの大きい放電（主放電）との２種類の放電を実現するものであればよい。こうした点火回路１８としては、従来公知の回路を用いればよい。
【００３４】
また、イオン電流検出回路１９は、燃焼室６内に生じたイオン電流を検出する回路であり、従来周知の回路を利用することが可能である。
【００３５】
従来、燃焼室内のイオン電流を計測して、この燃焼室内の環境を検出する場合は、図２に示すように、ｉｖの時間範囲において、主放電により成長した火炎によって燃焼室６内に生じたイオン電流を検出していた。つまり、主放電の開始からその主放電が終了するまでのｉｉｉの時間範囲では、放電電流が流れているため（同図の一点鎖線参照）、計測される電流（同図の実線参照）には、イオン電流（同図の破線参照）と放電電流とが含まれる。このため、主放電が終了するまではイオン電流のみを計測することができず、これにより、主放電時期から大きく遅れた時期の燃焼室内環境しか検出することができなかった。
【００３６】
これに対し、本発明に係るエンジンの燃料室環境検出装置Ａは、主放電（主点火）を実行する前に、相対的にエネルギの小さい先行放電（先行点火）を実行して（図２のｉの時間範囲参照）、火炎核を生成・保持する。そして、その生成した火炎核によって生じたイオン電流を、先行放電の終了後、主放電の開始前であるｉｉの時間範囲で計測する。これによって、放電電流を計測することなくイオン電流のみを計測することが可能になり、その計測したイオン電流の特性に基づいて主放電直前の燃焼室６内の環境を検出することができる。
【００３７】
ここで、上記燃焼室環境検出装置Ａが検出する燃焼室６内の環境とは、具体的には空燃比（特に点火プラグ１７近傍の局所空燃比）と、燃焼室６内の流動値と、である。このうち、空燃比は、イオン電流のピーク値（Ｉ）によって検出され、流動値は、イオン電流のピーク位置（ｔ）によって検出される。
【００３８】
図３は、実験によって得られた、当量比（空燃比）とイオン電流ピーク値Ｉとの関係を示している。この図によると、理論空燃比（当量比が１）において、イオン電流のピーク値（Ｉ）は最大となり、空燃比が理論空燃比よりもリッチになるほど（当量比が小さくなるほど）ピーク値（Ｉ）が小さくなり、空燃比が理論空燃比よりもリーンになるほど（当量比が大きくなるほど）ピーク値（Ｉ）が小さくなる。この関係からは、一つのピーク値（Ｉ）に対して、リッチ側とリーン側との２つの空燃比が得られることになるが、エンジン１がリーン運転であるかリッチ運転であるかが既知であれば、検出したイオン電流のピーク値（Ｉ）から空燃比を一義的に検出することが可能になる。
【００３９】
つまり、図３において、エンジン１が、理論空燃比よりも空気の割合が大きいリーン運転をしているときには、一点鎖線よりも右側の曲線（実線の曲線）をピーク値−空燃比マップとし、このマップを用いてピーク値（Ｉ）から空燃比を検出すればよい（同図の矢印参照）。逆に、エンジン１が、理論空燃比よりも空気の割合が小さいリッチ運転をしているときには、一点鎖線よりも左側の曲線（破線の曲線）をピーク値−空燃比マップとし、このマップを用いて検出したピーク値（Ｉ）から空燃比を検出すればよい。尚、イオン電流値と空燃比との間には相関があるため、イオン電流のピーク値（Ｉ）でなくても、イオン電流値そのものから空燃比を検出することは可能であるが、ピーク値（Ｉ）を利用することによって、計測が容易になるという利点がある。
【００４０】
図４は、実験により得られた流動値とイオン電流のピーク位置（ｔ）との関係を示している。これによると、所定の流動値において、イオン電流のピーク位置（ｔ）が最短となる。つまり、この所定の流動値よりも流動状態が強くなるほど、ピーク位置（ｔ）が長くなり、所定の流動値よりも流動状態が弱くなるほど、ピーク位置（ｔ）が長くなる。この曲線からは、一つのピーク位置（ｔ）に対して２つの流動値が得られる。
【００４１】
しかしながら、エンジン１の圧縮行程では、ピストンが圧縮上死点（ＴＤＣ）に向かうに連れて燃焼室６内の容積が小さくなるため、この流動室６内の流動は次第に弱くなる（図４の矢印参照）。本燃焼室環境検出装置Ａは、圧縮行程中期以降にイオン電流を計測することから、図４に示す曲線の一点鎖線よりも右側の部分のみをマップとして用いればよい。このマップを用いることによって、検出したイオン電流のピーク位置（ｔ）から燃焼室６内の流動値を一義的に検出することができるようになる（同図の矢印参照）。
【００４２】
このように、このエンジンの燃焼室環境検出装置Ａでは、先行放電を行うことで、主放電を行う前にイオン電流のみを計測することができ、これによって、主放電の開始時期における燃焼室６内の環境を高精度に検出することができる。
【００４３】
−エンジンの制御装置−
図５及び図６は、エンジンの制御装置Ｂの全体構成を示している。このエンジンの制御装置Ｂは、上記燃焼室環境検出装置Ａを備えていて、この装置Ａによって検出した燃焼室６内の環境に応じて、主放電時期及び燃料噴射態様を制御するように構成されている。
【００４４】
上記エンジン１は、いわゆる直噴エンジンであり、このエンジン１は、複数の気筒２，２，…（１つのみ図示する）が直列に設けられたシリンダブロック３と、このシリンダブロック３上に配置されたシリンダヘッド４とを有し、各気筒２内にはそれぞれピストン５が往復動可能に嵌挿されていて、そのピストン５の冠面とシリンダヘッド４の下面との間の気筒２内に燃焼室６が区画形成されている。ピストン５の往復動はコネクティングロッド７を介してクランク軸８の回転運動に変替され、このクランク軸８により出力される。
【００４５】
また、上記シリンダブロック３には、クランク軸８の一端側においてその回転角度を検出する電磁式のクランク角センサ９と、各気筒２毎の燃焼圧の変動に基づいてノッキングを検出するためのノックセンサ１０と、図示しないウオータジャケットの内部に臨んで冷却水の温度（エンジン水温）を検出する水温センサ１１とがそれぞれ配設されている。尚、後述するように、燃焼室環境検出装置Ａによってノッキングの発生を検出することが可能であるため、上記ノックセンサ１０は省略してもよい。
【００４６】
上記シリンダヘッド４には、各気筒２毎に燃焼室６の天井面に臨んで開口するように吸気ポート１２及び排気ポート１３が２つずつ開口していて、その各ポート開口部に吸気及び排気弁１４，１５が配置されている。これら吸気弁１４及び排気弁１５は、それぞれシリンダヘッド４の内部に軸支された吸気側及び排気側カム軸（図示せず）によって、上記クランク軸８の回転に同期して開作動されるようになっている。また、吸気側のカム軸には、その回転角度を検出するための電磁式のカム角センサ１６が付設されている。また、各気筒２毎に上記シリンダヘッド４を上下方向に貫通し且つ吸排気弁１４，１５に取り囲まれるようにして、点火プラグ１７が配設されている。この点火プラグ１７の先端の電極は燃焼室６の天井面から所定距離だけ下方に突出している。また、点火プラグ１７の基端部は、ヘッドカバーを貫通するように配設された点火回路１８に接続されている。
【００４７】
また、燃焼室６の吸気側の周縁部に噴口を臨ませて、インジェクタ（燃料噴射弁）２０が配設されている。このインジェクタ２０は、例えば、燃焼室６に臨む先端部の噴口から燃料を旋回流として噴出させて、軸心の延びる方向に沿うようにホローコーン状に噴射する公知のスワールインジェクタであり、その燃料噴霧の貫徹力は燃料の噴射圧力が高いほど、大きくなる。尚、インジェクタ２０としては上記スワールインジェクタに限らず、例えば、スリットタイプや多噴口タイプのものとしてもよいし、或いは芯弁を圧電素子によって動作させる構成のものを用いてもよい。
【００４８】
上記インジェクタ２０の基端側は全気筒２，２，…に共通の燃料分配管２１に接続されていて、この燃料分配管２１により高圧燃料ポンプ２２から吐出される燃料が各気筒２毎のインジェクタ２０に分配されるようになっている。そして、詳しくは後述するが、インジェクタ２０により気筒２の圧縮行程で燃料が噴射されると、この燃料噴霧は燃焼室６内の吸気流動によって点火プラグ１７側に輸送されて、該点火プラグ１７の電極の周りに混合気塊を形成する。尚、上記燃料分配管２１には、インジェクタ２０から噴射される燃料の圧力状態（燃料噴射圧）を測定するための燃圧センサ２３が配設されていて、この燃圧センサ２３からの信号に基づいて、上記高圧燃料ポンプ２２のスピル弁の開度が後述のＥＣＵ５０によりフィードバック制御されるようになっている。
【００４９】
エンジン１の一側面（図の右側の側面）には、各気筒２毎の吸気ポート１２に連通するように吸気通路２５が接続されている。この吸気通路２５は、エンジン１の燃焼室６に対してエアクリーナ２６で濾過した吸気を供給するものであり、その上流側から下流側に向かって順に、エンジン１への吸入空気量を検出するホットワイヤ式エアフローセンサ２７と、吸気通路２５の断面積を変更する電気式スロットル弁２８及びその位置を検出するスロットルセンサ２９と、サージタンク３０とが配設されている。サージタンク３０には、スロットル弁２８よりも下流の吸気通路２５の圧力を検出するブーストセンサ３１が配設されている。
【００５０】
上記サージタンク３０よりも下流側の吸気通路２５は、各気筒２毎に分岐する独立通路とされ、該各独立通路の下流端部はさらに２つに分岐してそれぞれ吸気ポート１２に個別に連通する分岐路となっている。この分岐路乃至独立通路には、気筒２内へ流入する吸気の流れを絞って燃焼室６内の吸気流動の強さを調節する絞り弁３２（ＴｕｎｂｌｅＳｗｉｒｌＣｏｎｒｏｌＶａｌｖｅ：以下、ＴＳＣＶという）が配設されていて、例えばステッピングモータ等のアクチュエータによって開閉作動される。このＴＳＣＶ３２の弁体には一部に切り欠きが形成されており、全閉状態ではその切り欠き部のみから下流側に流れる吸気の流速が高くなって、この高速の吸気流がが燃焼室６において強い空気流動を生成する。一方、ＴＳＣＶ３２が開かれるに従い、吸気は切り欠き部以外からも流通するようになって、その流速が徐々に低下し、気筒２内の空気流動の強さも徐々に低下するようになる。
【００５１】
エンジン１の他側面（図の左側の側面）には、気筒２内の燃焼室６から既燃ガス（排気ガス）を排出するための排気通路３４が接続されている。この排気通路３４の上流端側は、各気筒２毎の排気ポート１３に繋がる排気マニホルド３５により構成され、該排気マニホルド３５よりも下流側の排気通路３４には、排気ガス中の有害成分である炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するための２つの触媒コンバータ３６，３７が直列に配設されている。
【００５２】
上記上流側の触媒コンバータ３６は、詳細は図示しないが、ケーシング内にハニカム構造の担体を収容したもので、この担体の各貫通孔の壁面にいわゆる三元触媒の触媒層が形成されている。この三元触媒（以下、上流側三元触媒３６ともいう）は、従来より周知の通り、排気ガスの空燃比状態が略理論空燃比を含む所定の状態にあるときに、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを略完全に浄化可能なものである。また、下流側の触媒コンバータ３７は、１つのケーシング内に２つの担体を直列に収容し、そのうちの上流側の担体の各貫通孔壁面にいわゆるＮＯｘ吸蔵タイプの触媒層を形成して、ＮＯｘ触媒３８を構成するとともに、下流側の担体にも同様にＮＯｘ吸蔵タイプの触媒層を形成して、下流側ＮＯｘ触媒３９を構成したものである。
【００５３】
上記エンジン１の排気マニホルド３５の集合部付近には排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ４０（第１の酸素濃度センサ）が配設されており、主にこのセンサ４０からの信号に基づいてエンジン１の空燃比フィードバック制御が行われるようになっている。尚、この空燃比フィードバック制御は、本発明に係るエンジンの制御とは異なる制御である。また、上記２つの触媒コンバータ３６，３７の中間には上流側の三元触媒３６の劣化状態を判定するための第２の酸素濃度センサ４１と、ＮＯｘ触媒３８へ流入する排気ガスの温度を検出する排気温度センサ４２とが配設され、さらに、２つのＮＯｘ触媒３８，３９の中間には第３の酸素濃度センサ４３が配設されている。
【００５４】
また、上記排気マニホルド３５よりも下流側の排気通路３４には、そこから分岐するようにして、排気ガスの一部を吸気通路２５に還流させる排気還流通路４５（以下、ＥＧＲ通路という）の上流端が連通している。このＥＧＲ通路４５の下流端は上記サージタンク３０の内部に臨んで開口していて、該下流端近傍のＥＧＲ通路４５にはデューティソレノイド弁からなるＥＧＲ弁４６が配設されている。このＥＧＲ弁４６によってＥＧＲ通路４５における排気の還流量が調節されるようになっている。尚、符号４７は、各気筒２の燃焼室６から漏れ出るブローバイガスをサージタンク３０まで導くパージ通路である。
【００５５】
上述した点火回路１８、インジェクタ２０、高圧燃料ポンプ２２、スロットル弁２８、ＴＳＣＶ３２等は、いずれもエンジンコントロールユニット５０（以下、ＥＣＵという）によって作動制御される。一方、このＥＣＵ５０には、少なくとも、上記クランク角センサ９、カム角センサ１６、エアフローセンサ２７、スロットルセンサ２９等からの出力信号がそれぞれ入力され、さらに、アクセルペダルの操作量（以下、アクセル開度という）を検出するアクセル開度センサ５１からの出力信号と、エンジン回転速度（クランク軸８の回転速度）を検出する回転速度センサ５２からの出力信号とが入力されるようになっている。
【００５６】
図６は、エンジンの制御装置Ｂの制御ブロック図を示しており、この制御装置Ｂは、上記のＥＣＵ５０に対して、アクセル開度センサ５１、回転速度センサ５２、クランク角センサ９、エアフローセンサ２７、及びイオン電流検出回路１９からの信号が入力され、インジェクタ２０及び点火回路１８に対して、信号が出力されるように構成されている。上記ＥＣＵ５０、点火回路１８、イオン電流検出回路１９、及び点火プラグ１７によって、燃焼室環境検出装置Ａが構成されている。
【００５７】
次に、上記ＥＣＵ５０によるエンジン１の運転制御の概要について説明する。ＥＣＵ５０は、上述の如く多数のセンサから入力する信号に基づいてエンジン１の運転状態を検出し、例えば図７に示すような制御マップに基づいて、エンジンの燃焼モードを決定する。より具体的には、図示の如くエンジン１の負荷状態とエンジン回転速度とによって規定される温間の全運転領域のうち、低速低負荷側の所定範囲が予め成層燃焼領域（Ｓ）とされており、ここでは、インジェクタ２０により主に気筒２の圧縮行程で燃料を噴射させ、気筒内の吸気流動を利用して点火プラグ１７の電極の周りに成層化させて、燃焼させる（成層燃焼モード）。この成層燃焼モードにおける各気筒２の燃焼室６における平均的な空燃比は理論空燃比よりも大幅にリーンな状態（例えばＡ／Ｆ＞３０）になる。
【００５８】
一方、上記成層燃焼領域（Ｓ）以外はいわゆる均一燃焼領域（Ｈ）であり、ここでは、インジェクタ２０により主に気筒２の吸気行程で燃料を噴射させて、燃焼室６内で吸気と燃料とを十分に混合し、該燃焼室６全体に概ね均一な混合気を形成した上で燃焼させる（均一燃焼モード）。
【００５９】
また、均一燃焼領域（Ｈ）のうちの大部分の領域では混合気の空燃比を略理論空燃比（Ａ／Ｆ≒１４．７）とし、特に全負荷付近では理論空燃比よりもリッチな状態（例えばＡ／Ｆ＝１２〜１４）になるように制御する。
【００６０】
尚、ここでは、低速低負荷側の所定範囲を成層燃焼領域（Ｓ）としているが、この範囲を、理論空燃比よりもリーンな状態（例えばＡ／Ｆ＝１８〜２４）とした均一燃焼領域としてもよい。
【００６１】
＜実施形態１＞
次に、図８のフローチャートを参照しながら、本発明の実施形態１に係るエンジン制御について説明する。
【００６２】
ステップＳ１１では、エンジン１の運転状態に応じて、マップを用いて目標空燃比及び目標主放電時期を設定する（設定手段６４）。すなわち、図７に示すマップに基づいて、エンジン負荷（目標トルク）とエンジン回転数に応じて運転領域を設定し、それに応じて目標空燃比及び目標主放電時期を設定する。こうして、上述したように、リーン運転では成層燃焼モードとなり、それ以外の非リーン運転では均一燃焼モードとなる。
【００６３】
ステップＳ１２では、予め設定されたマップを用いて、所定の噴射時期に、所定の噴射量でインジェクタ２０による燃料噴射を実行する。
【００６４】
ステップＳ１３では、上記燃焼室環境検出装置Ａによる燃焼室内の空燃比検出を行う。これは、図９に示すフローチャートに従って行われる。つまり、上述したように、ステップＳ２１では先行放電を実行し、ステップＳ２２ではその先行放電終了後（主放電実行前）のイオン電流の時間変化を計測する。
【００６５】
そして、ステップＳ２３でイオン電流のピーク値（Ｉ）を検出し（図２参照）、ステップＳ２４では、図３に示すイオン電流のピーク値−空燃比マップを用いて、検出したピーク値（Ｉ）から空燃比を算出する。
【００６６】
こうして空燃比を検出すれば、図８のフローに戻り、ステップＳ１４では、上記ステップＳ１１で設定した目標空燃比とステップＳ１３で検出した検出空燃比との偏差を算出する。
【００６７】
ステップＳ１５では、その算出した偏差が所定値以下であるか否かを判定する。これは、目標空燃比と検出空燃比とが等しいか否かを判定するものであり、検出誤差を考慮して、偏差が所定値以下であれば、目標空燃比と検出空燃比とが略等しいとし、偏差が所定値よりも大きければ、目標空燃比と検出空燃比とが等しくないとするものである。このステップＳ１５で所定値以下である（目標空燃比と検出空燃比とが略等しい）のＹＥＳのときにはステップＳ１６に移行し、所定値以下でない（目標空燃比と検出空燃比とが等しくない）のＮＯのときにはステップＳ１７に移行する。
【００６８】
ステップＳ１６では、検出空燃比が目標空燃比と略等しいことから追加燃料噴射量を０（零）に設定し（追加の燃料噴射を行わない）、ステップＳ１１２に移行する。
【００６９】
一方、ステップＳ１７では、検出した空燃比は目標空燃比に対してリーン側であるか否かを判定し、リーン側であるのＹＥＳのときにはステップＳ１８に移行する一方、リーン側ではない（リッチ側である）のＮＯのときにはステップＳ１１０に移行する。
【００７０】
上記ステップＳ１８では、検出空燃比が目標空燃比よりもリーン側であることから、ステップＳ１４で算出した空燃比の偏差量に応じて追加燃料噴射量を設定する（補正手段６５）。続くステップＳ１９では、その追加噴射は可能な否かを判定する。これは、ステップＳ１８で設定した追加燃料噴射の量と、目標主放電時期までの残り時間とに基づいて判定すればよい。そして、追加噴射が可能であるのＹＥＳのときには、ステップＳ１１２に移行する一方、追加噴射が不可能であるのＮＯのときには、ステップＳ１１０に移行する。
【００７１】
上記ステップＳ１１０では、検出空燃比が目標空燃比よりもリッチ側である、又は追加の燃料噴射が不可能であることから、当該燃焼サイクルでの追加燃料噴射量を０に設定すると共に、次の燃焼サイクルの燃料噴射量を、ステップＳ１４で算出した空燃比の偏差量に応じて補正する。尚、ここで補正した燃料噴射量は、エンジンの運転状態が当該燃焼サイクルと同じである場合に限って適用される。次の燃焼サイクルのときに、エンジンの運転状態が変更されたときには、その運転状態に応じた燃料噴射量が新たに設定される。
【００７２】
そして、ステップＳ１１１では、ステップＳ１４で算出した空燃比の偏差量に応じて、ステップＳ１１で設定した目標主放電時期の補正を行い（補正手段６５）、その後にステップＳ１１２に移行する。
【００７３】
上記ステップＳ１１２では、追加燃料噴射を実行する。ステップＳ１６等で、追加燃料噴射量が０に設定されているときは、追加の燃料噴射は行われない。一方、ステップＳ１８で、追加燃料噴射量が０以外に設定されているときは、その噴射量で追加の燃料噴射が行われる。これにより、空燃比を目標空燃比に近づける。
【００７４】
また、ステップＳ１１３では、設定されている目標時期で主放電を実行する。つまり、ステップＳ１１で設定した時期、又はステップＳ１１１で補正した時期に、主放電を実行する。
【００７５】
このように、実施形態１に係るエンジンの制御では、主放電の実行前に、先行放電を行うことによって燃焼室内の空燃比を検出し、その検出した空燃比に応じて、主放電時期の補正又は燃料噴射態様の補正を行う。こうすることで、燃焼サイクル毎に、燃焼状態を最適化させることができる。また、着火安定性を高めることができるため、特に理論空燃比よりも空気の割合の大きいリーン運転を行っているときには、リーン限界を高めることができる。その結果、燃費の向上や、エミッション特性の向上が図られる。
【００７６】
さらに、検出した空燃比が目標空燃比よりもリッチ側であったときには、次の燃焼サイクルにおける燃料噴射量が補正されるため、燃費の向上や、エミッション特性の向上が図られる。
【００７７】
尚、図１０に示すように、先行放電終了後、主放電開始前のｉｉの時間範囲でイオン電流を計測した後、主放電終了後のｉｖの時間範囲でも、イオン電流を計測することが可能であるため、イオン電流検出回路１９によって燃焼室６内のイオン電流を計測するのがよい。このｉｖの時間範囲において、例えば図１０に一点鎖線で示すようにイオン電流が計測されなかったときには、失火していると考えられる。このように失火したことを検出したときであって、主放電実行前の空燃比が目標空燃比よりもリーン側であったときには、直ちに追加の燃料噴射を行うと共に、再度の放電を実行することによって、完全失火を防止するようにしてもよい。
【００７８】
＜実施形態２＞
次に、図１１のフローチャートを参照しながら、本発明の実施形態２に係るエンジンの制御について説明する。このエンジン制御は、ノッキングの抑制に有効な制御であり、主放電実行前の空燃比及び流動状態に基づいて、ノッキングの発生を予測し、ノッキングの発生が予測されたときには、追加の燃料噴射や、主放電時期の補正（リタード）を行うことによって、ノッキングの発生を未然に防止する制御である。
【００７９】
つまり、ノッキングは、空燃比が目標空燃比よりもリーンな状態のとき、及び燃焼室６内の流動状態が比較的強いときに生じ易い。これは、空燃比が目標空燃比よりもリーンな状態のときには、圧縮行程後半の混合気の温度が上昇するためであり、燃焼室６内の流動状態が比較的強いとき、特に吸気側から排気側へのタンブル流が強いときには、火炎が排気側に流されてしまい、吸気側には火炎が広がりにくくなるためである。
【００８０】
図１１のフローチャートにおいて、ステップＳ３１では、エンジン１の運転状態に応じて、マップを用いて目標空燃比、目標主放電時期、及び目標流動値をそれぞれ設定する（設定手段６４）。続くステップＳ３２では、予め設定されたマップを用いて、所定の噴射時期に、所定の噴射量でインジェクタ２０による燃料噴射を実行する。
【００８１】
ステップＳ３３では、空燃比の検出を行う。これは図９に示すフローに従って行う。続くステップＳ３４では、燃焼室６内の流動値を検出する。これは、図１２に示すフローに従って行う。
【００８２】
この流動値検出フローにおけるステップＳ４１，ステップＳ４２は、上記空燃比検出フローにおけるステップＳ２１，ステップＳ２２と同じである。つまり、先行放電を行い、それによって生じたイオン電流の時間変化を計測する。このため、上記ステップＳ３３の空燃比の検出ステップにおいて、先行放電の実行とイオン電流の計測とは既に行われているため、実際にはこのステップＳ４１，４２は省略される。
【００８３】
ステップＳ４３では、計測したイオン電流の時間変化において、そのピーク位置（クランク角度）ｔを検出する（図２参照）。ステップＳ４４では、図４に示すイオン電流のピーク位置−流動値マップを用いて、検出したピーク位置（ｔ）から流動値を算出する。
【００８４】
こうして空燃比及び流動値を検出すれば、図１１のステップＳ３５に移行し、このステップでは、ステップＳ３１で設定した目標空燃比と、ステップＳ３３で検出した検出空燃比との偏差を算出する。これと共に、ステップＳ３１で設定した目標流動値と、ステップＳ３４で検出した検出流動値との偏差を算出する。そして、ステップＳ３６では、算出した各偏差は所定値以下であるか否かを判定する。偏差が共に所定値以下であるときにはステップＳ３７に移行する一方、いずれか一方の偏差が所定値よりも大きい、又は偏差が共に所定値よりも大きいときには、ステップＳ３８に移行する。
【００８５】
ステップＳ３８では、検出空燃比は目標空燃比よりもリッチ側であるか否かを判定し、リッチ側であるのＹＥＳのときにはステップＳ３９に移行する。一方、リッチ側ではないときには、ステップＳ３１１に移行する。
【００８６】
上記ステップＳ３９では、空燃比がリッチ側である（又は、後述するように追加の燃料噴射が不可能である）ことから、当該燃焼サイクルの追加燃料噴射量を０に設定すると共に、次の燃焼サイクルにおける燃料噴射量を、ステップＳ３５で算出した空燃比の偏差に応じて補正する。具体的には、次の燃焼サイクルでは燃料噴射量が減少補正されることになる。こうして、空燃比の検出結果を、次の燃焼サイクルに反映させる。
【００８７】
そして、ステップＳ３１０で、ステップＳ３５で算出した空燃比の偏差量に応じて目標主放電時期を補正し、これを目標主放電時期Ａとした上でステップＳ３１４に移行する（補正手段６５）。
【００８８】
一方、ステップＳ３１１では、ステップＳ３５で算出した空燃比の偏差量に応じて追加燃料噴射量を設定し（補正手段６５）、ステップＳ３１２で、ステップＳ３１１で設定した追加燃料噴射量と、目標主放電時期までの残り時間とに基づいて、追加燃料噴射が可能であるか否かを判定する。追加燃料噴射が可能であるのＹＥＳのときには、ステップＳ３１３に移行する一方、追加燃料噴射が不可能であるのＮＯのときには、ステップＳ３９に移行する。
【００８９】
上記ステップＳ３１３では、ステップＳ３１で設定した目標主放電時期（マップの主放電時期）を目標主放電時期Ａに設定し、ステップＳ３１４に移行する。つまり、このステップでは、目標主放電時期の補正を行わない。
【００９０】
上記ステップＳ３１４では、検出流動値は目標流動値よりも大であるか否か（流動が強いか否か）を判定する。流動が強いのＹＥＳのときにはステップＳ３１５に移行する一方、流動が同程度か又は弱いのＮＯのときにはステップＳ３１６に移行する。
【００９１】
上記ステップＳ３１５では、流動値が目標流動値よりも大きく、ノッキング発生の虞があることから、ステップＳ３５で算出した流動値の偏差量に応じて、目標主放電時期をリタード側に補正する（補正手段６５）。そして、その補正した目標主放電時期を目標主放電時期Ｂに設定する。
【００９２】
一方、ステップＳ３１６では、流動値が目標流動値以下であるから、ステップＳ３１で設定した目標主放電時期を目標主放電時期Ｂに設定する（目標主放電時期の補正を行わない）。
【００９３】
続くステップＳ３１７では、次の燃焼サイクルにおける目標主放電時期を、ステップＳ３５で算出した流動値の偏差量に応じて補正する。こうして、流動値の検出結果を次の燃焼サイクルに反映させる。
【００９４】
ステップＳ３１８では、上記ステップＳ３１０，３１３，３１５，３１６でそれぞれ設定した目標主放電時期Ａ，Ｂの平均化処理を行い、それを最終的な目標主放電時期に設定する（補正手段６５）。
【００９５】
一方、上記ステップＳ３７では、検出空燃比が目標空燃比と略等しくかつ、検出流動値が目標流動値と略等しいため、追加燃料噴射量を０に設定する。
【００９６】
そして、ステップＳ３１９では、ステップＳ３１１で設定した噴射量で追加燃料噴射を実行し、ステップＳ３２０では、ステップＳ３１で設定した、又はステップＳ３１８で補正した目標時期で、主放電を実行する。
【００９７】
このように、実施形態２に係るエンジンの制御では、燃焼室内環境がノッキングが生じやすい環境であることを主放電実行前に検出し、ノッキングが生じやすい環境であるときには、主放電時期の補正や、燃料噴射態様の補正を行う。つまり、空燃比が目標空燃比よりもリーン側であるときには、追加の燃料噴射を行って空燃比を目標空燃比に近づけたり、主放電時期を補正する。また、流動値が目標流動値よりも強いときには、主放電時期をリタードさせる。こうすることにより、ノッキングの発生を未然に防止することができる。
【００９８】
尚、実施形態１と同様に、図１０に示すように、主放電終了後のｉｖの時間範囲においてイオン電流を計測してもよい。このｉｖの時間範囲において、例えば図１０に破線で示すように、イオン電流の変動を検出したときには、ノッキングが発生したと考えられる。このように、ノッキングの発生を検出したときには、次の燃焼サイクルにおける目標空燃比及び目標主放電時期を補正するようにしてもよい。
【００９９】
＜実施形態３＞
次に、図１３のフローチャートを参照しながら、本発明の実施形態３に係るエンジン１の制御について説明する。このエンジン制御は、特に成層運転モードのときに効果的な制御であり、目標主放電時期における、点火プラグ１７周りの局所空燃比を予測し、その予測した局所空燃比に応じて、主放電時期の補正及び燃料噴射態様を補正する制御である。
【０１００】
成層運転モードでは、少なくとも主放電時期において、点火プラグ１７周りに所要の濃度状態の混合気が存在しなくてはならないが、点火プラグ１７周りの混合気濃度は常に変化していて安定しない。そこで、実施形態３に係るエンジン制御では、主放電の実行前に、点火プラグ１７周りの局所空燃比の変動を検出し、それによって、目標主放電時期における局所空燃比を予測する。
【０１０１】
図１３のフローチャートにおけるステップＳ５１では、エンジン１の運転状態に応じて、マップを用いて目標空燃比（点火プラグ１７周りの目標局所空燃比としてもよい）及び目標主放電時期を設定する（設定手段６４）。ステップＳ５２では、予め設定されたマップを用いて、所定の噴射時期に、所定の噴射量でインジェクタ２０による燃料噴射を実行する。
【０１０２】
続くステップＳ５３では、図９に示すフローチャートに従って行う空燃比の検出を、所定の時間間隔で少なくとも４回実行する。こうすることで、図１４に示すように、主放電の実行前に、複数回の先行放電が行われ、その各先行放電の終了後、次の先行放電の開始前に、イオン電流のみを計測することができる。これにより、各計測タイミングにおける局所空燃比（同図の白丸「○」参照）が検出される。
【０１０３】
ステップＳ５４では、ステップＳ５３で検出した少なくとも４つの検出空燃比によって回帰近似を行い、この回帰近似曲線（近似式）を用いて目標主点火時期における空燃比を予測する（図１４の黒丸「●」参照）。
【０１０４】
そして、ステップＳ５５ではこの予測した空燃比と目標空燃比との偏差を算出し、ステップＳ５６でその空燃比偏差が所定値以下であるか否かを判定する。所定値以下である（予測空燃比と目標空燃比とが略等しい）のＹＥＳのときにはステップＳ５７に移行する。一方、ステップＳ５６で所定値以下でない（予測空燃比と目標空燃比とが等しくない）のＮＯのときにはステップＳ５８に移行する。
【０１０５】
ステップＳ５７では、予測空燃比が目標空燃比と略等しいことから追加燃料噴射量を０（零）に設定し、ステップＳ５１３に移行する。
【０１０６】
一方、ステップＳ５８では、予測空燃比は、目標空燃比に対してリーン側であるか否かを判定し、リーン側であるのＹＥＳのときにはステップＳ５９に移行する。例えば、図１４に破線で示すような回帰近似曲線が得られた場合である。一方、リーン側ではない（リッチ側である）のＮＯのときにはステップＳ５１１に移行する。
【０１０７】
上記ステップＳ５９では、予測空燃比が目標空燃比よりもリーン側であることから、ステップＳ５５で算出した空燃比の偏差量に応じて追加燃料噴射量を設定する。続くステップＳ５１０では、ステップＳ５９で設定した追加燃料噴射の量と、目標主放電時期までの残り時間とに基づいて、その追加噴射は可能な否かを判定する。追加噴射が可能であるのＹＥＳのときには、ステップＳ５１３に移行する一方、追加噴射が不可能であるのＮＯのときには、ステップＳ５１１に移行する。
【０１０８】
上記ステップＳ５１１では、予測空燃比が目標空燃比よりもリッチ側である、又は追加の燃料噴射が不可能であることから、当該燃焼サイクルでの追加燃料噴射量を０に設定すると共に、次の燃焼サイクルの燃料噴射量を、ステップＳ５５で算出した空燃比の偏差量に応じて設定する。
【０１０９】
そして、ステップＳ５１２では、ステップＳ５５で算出した空燃比の偏差量に応じて、ステップＳ５１で設定した目標主放電時期の補正を行い、ステップＳ５１３に移行する。
【０１１０】
上記ステップＳ５１３では、ステップＳ５９で設定した噴射量で追加燃料噴射を実行する。これにより、目標主放電時期における局所空燃比を目標空燃比に近づける。また、ステップＳ５１４では、ステップＳ５１で設定した、又はステップＳ５１２で補正した目標時期で主放電を実行する。
【０１１１】
このように、実施形態３に係るエンジンの制御では、主放電の実行前に、先行放電を複数回行い、それによって得られた局所空燃比の変動から目標主放電時期における局所空燃比を予測する。そして、その予測した局所空燃比に応じて、主放電時期の補正や、追加の燃料噴射を実行することで、局所空燃比の変動の大きい成層燃焼モードにおいて、着火安定性を高めることができる。その結果、リーン限界を高めることができる。
【０１１２】
尚、実施形態３に係るエンジンの制御では、先行放電を短い期間内に複数回行うことから、点火回路１８としては、放電時間の短いＣＤＩ型を用いることが好ましい。
【０１１３】
また、実施形態３に係るエンジンの制御は、上述したように、成層燃焼モードに適しているが、均一燃焼モード（理論空燃比よりもリーンな状態の均一燃焼モードを含む）においても、このエンジン制御を適用してもよい。均一燃焼モードにおいても、点火プラグ１７周りの局所空燃比の変動は、小さいながらも生じる場合があるためであり、均一燃焼モードにおいて実施形態３に係るエンジン制御を適用することによって、各燃焼サイクルの燃焼状態の安定化が図られる。
【０１１４】
（変形例）
主放電の実行前に先行放電を複数回行うことによって、次のようなエンジン１の制御が可能になる。
【０１１５】
つまり、主放電の実行前に先行点火を複数回行うことによって、局所空燃比の時間変動が検出できる。少なくとも成層燃焼モードでは、圧縮行程中期以降の局所空燃比は、リーン側からリッチ側に単調に変化する。このため、局所空燃比の時間変動に基づいて、局所空燃比が目標空燃比となるタイミング（クランク角度）を外挿により予測可能である。そこで、局所空燃比が目標空燃比となるタイミングを予測し、その予測したタイミングで主放電を実行する制御を行う。このように、局所空燃比が目標空燃比となるタイミングで主放電を実行することで、着火安定性を向上させることができる。
【０１１６】
また、主放電の実行前に先行点火を複数回行うことによって、局所空燃比ではなく、流動値の時間変動を検出することができる。流動値は、ピストンが圧縮上死点（ＴＤＣ）に向かうに連れて次第に小さくなることから、流動値の時間変動に基づいて、流動値が目標流動値（図４参照）となるタイミング（クランク角度）を外挿により予測可能である。そこで、流動値が目標流動値となるタイミングを予測し、その予測したタイミングで主放電を実行する制御を行うようにしてもよい。こうすることで、燃焼状態を安定化させることができる。これは特に、理論空燃比よりもリーンな状態の均一燃焼モードに適した制御である。
【０１１７】
−他の実施形態−
尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の実施形態を包含するものである。すなわち、上記実施形態では、エンジンの制御装置Ｂを、直噴エンジン１の制御を行うものにしているが、例えばポート噴射のエンジンに上記のエンジン制御装置Ｂを用いてもよい。但し、ポート噴射では、圧縮行程における追加の燃料噴射は不可能であるから、上記各実施形態の制御フローにおいて追加燃料噴射を行うときには、次の燃焼サイクルにおいて、燃料噴射量の補正を行うようにすればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】エンジンの燃焼室環境検出装置の全体構成を示す図である。
【図２】放電電流、イオン電流、及び検出電流の時間変化を示す図である。
【図３】イオン電流のピーク値と空燃比との関係を示す図図である。
【図４】イオン電流のピーク位置と流動値との関係を示す図図である。
【図５】直噴エンジンの全体構成を示す図である。
【図６】エンジンの制御装置の構成を示すブロック図である。
【図７】エンジンを成層燃焼状態又は均一燃焼状態とする運転領域をそれぞれ設定した制御マップの一例を示す図である。
【図８】実施形態１に係るエンジンの制御手順を示すフローチャートである。
【図９】空燃比の検出手順を示すフローチャートである。
【図１０】イオン電流の時間変化を示す図である。
【図１１】実施形態２に係るエンジンの制御手順を示すフローチャートである。
【図１２】流動値の検出手順を示すフローチャートである。
【図１３】実施形態３に係るエンジンの制御手順を示すフローチャートである。
【図１４】先行点火及び主点火のタイミングチャートと、これに対応した局所空燃比の変化を示す図である。
【符号の説明】
１エンジン
１７点火プラグ（放電電極）
５０ＥＣＵ
６燃焼室
６１放電制御手段
６２イオン電流計測手段
６３環境検出手段
６４設定手段
６５補正手段
Ａエンジンの燃焼室環境検出装置
Ｂエンジンの制御装置

Claims

燃焼室内のイオン電流を計測することによって、該燃焼室内の環境を検出するエンジンの燃焼室環境検出装置であって、
上記燃焼室内に臨んで配設される放電電極の放電パターンを制御する放電制御手段と、
上記放電電極に接続されて、上記燃焼室内に生じたイオン電流を計測するイオン電流計測手段と、
上記イオン電流計測手段によって検出されたイオン電流の特性に基づいて、上記燃焼室内の環境を検出する環境検出手段と、を備え、
上記放電制御手段は、圧縮行程中期以降において、火炎核を発生させかつ保持させる相対的に小さいエネルギの先行放電を実行すると共に、該先行放電終了から所定時間経過後に、火炎を成長させる相対的に大きいエネルギの主放電を実行し、
上記イオン電流計測手段は、上記先行放電の終了後、上記主放電の開始前に、上記燃焼室内に生じたイオン電流を計測し、
上記環境検出手段は、上記イオン電流計測手段によって計測されたイオン電流の特性に基づいて、上記主放電の実行前における燃焼室内の環境を検出することを特徴とするエンジンの燃焼室環境検出装置。
燃焼室内のイオン電流を計測することによって、該燃焼室内の環境を検出するエンジンの燃焼室環境検出方法であって、
圧縮行程中期以降において、上記燃焼室内で、火炎核を発生させかつ保持させる相対的に小さいエネルギの先行放電を実行するステップと、
上記先行放電終了から所定時間経過後に、上記燃焼室内で、火炎を成長させる相対的に大きいエネルギの主放電を実行するステップと、
上記先行放電の終了後、上記主放電の開始前に、上記燃焼室内に生じたイオン電流を計測するステップと、
上記計測したイオン電流の特性に基づいて、上記主放電の実行前における燃焼室内の環境を検出するステップとを含むことを特徴とするエンジンの燃焼状態検出方法。
請求項１に記載の燃焼室環境検出装置と、
エンジンの運転状態に応じて設定される主放電実行時期及び燃料噴射態様の内の少なくとも一方の補正を行う補正手段と、を備え、
上記燃焼室環境検出装置の環境検出手段は、計測されたイオン電流の特性に基づいて、主放電の実行前における燃焼室内の空燃比を検出し、
上記補正手段は、上記環境検出手段によって検出された空燃比に応じて、上記主放電実行時期及び燃料噴射態様の少なくとも一方の補正を行うことを特徴とするエンジンの制御装置。
請求項１に記載の燃焼室環境検出装置と、
エンジンの運転状態に応じて設定される主放電実行時期の補正を行う補正手段と、を備え、
上記燃焼室環境検出装置の環境検出手段は、計測されたイオン電流の特性に基づいて、主放電の実行前における燃焼室内の流動状態を検出し、
上記補正手段は、上記環境検出手段によって検出された流動状態に応じて、上記主放電実行時期の補正を行うことを特徴とするエンジンの制御装置。
請求項１に記載の燃焼室環境検出装置と、
エンジンの運転状態に応じて主放電実行時期を設定する主放電時期設定手段と、
上記主放電時期設定手段によって設定された主放電実行時期の補正を行う主放電時期補正手段と、を備え、
上記燃焼室環境検出装置の放電制御手段は、主放電の実行前に、所定の時間間隔を空けて複数回の先行放電を実行し、
上記燃焼室環境検出装置のイオン電流計測手段は、上記先行放電毎に上記燃焼室内に生じたイオン電流を計測し、
上記燃焼室環境検出装置の環境検出手段は、計測された複数回のイオン電流の特性に基づいて、上記主放電実行時期における燃焼室内の空燃比を予測し、
上記主放電時期補正手段は、上記環境検出手段によって予測された予測空燃比に応じて、上記主放電実行時期の補正を行うことを特徴とするエンジンの制御装置。
請求項５において、
エンジンの運転状態に応じて目標空燃比を設定する空燃比設定手段と、
上記目標空燃比に応じて設定される燃料噴射態様の補正を行う燃料噴射補正手段と、をさらに備え、
上記燃料噴射補正手段は、予測空燃比が目標空燃比よりもリーン側であるときには、主放電の実行前に追加の燃料噴射を実行し、上記予測空燃比が目標空燃比よりもリッチ側であるときには、次の燃焼サイクル以降の燃料噴射量を減少補正することを特徴とするエンジンの制御装置。