JPWO2012102070A1 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Abstract

事前噴射の期間に燃焼室２１に電磁波を放射して電磁波プラズマを生成する圧縮着火式の内燃機関２０において、内燃機関本体２２の運転状態の変化に対して、メイン噴射の燃料の燃焼の状態を安定的に適正化する。内燃機関の制御装置１０が、メイン噴射の前にメイン噴射よりも少ない噴射量の事前噴射を行うように燃料噴射装置２４を制御すると共に、事前噴射の期間に燃焼室２１に電磁波を放射して電磁波プラズマを生成するようにプラズマ生成装置３０を制御する。制御装置１０は、内燃機関本体２２の運転状態に応じて、事前噴射の期間に燃焼室２１に放射される電磁波のエネルギーの大きさを制御することにより、メイン噴射において噴射される燃料の燃焼に伴う熱発生の状態を制御する。

Description

本発明は、燃焼室において燃料を圧縮着火させる内燃機関の制御装置に関するものである。
従来から、燃焼室において燃料を圧縮着火させる内燃機関が知られている。この種の内燃機関には、例えば特許文献１のように、燃焼室に電磁波を放射して電磁波プラズマを生成するものがある。
具体的に、特許文献１に記載の内燃機関では、ピストンが上死点付近にあるときにインジェクターが燃料を噴射すると、噴射された燃料が着火する。燃焼室では、インジェクターを中心とした火炎が形成される。そして、火炎近傍の領域にマイクロ波パルスが供給されると、火炎中の電子がエネルギーの供給を受けて加速され、加速された電子が周囲の分子に衝突する。衝突された分子は、電離してプラズマになる。プラズマ中の電子もエネルギーの供給を受けて加速され、その電子との衝突により周囲の分子がプラズマになる。この内燃機関では、雪崩式にプラズマが生成され、比較的大きなプラズマが生成される。
また、圧縮着火内燃機関において燃料を噴射する燃料噴射装置として、例えば特許文献２のように、多段噴射を行うものが知られている。この燃料噴射装置は、１燃焼サイクル内にパイロット噴射とメイン噴射とを少なくとも含む複数回の燃料噴射を実行する。
特開２００９−２８７５４９号公報 特開２０１０−２５５４８４号公報
ところで、圧縮着火式の内燃機関では、メイン噴射の燃料の燃焼（以下、「メイン燃焼」という。）による騒音を低減する目的で、メイン噴射の前に事前噴射が行われる。事前噴射を行うと、メイン噴射前の燃焼室の温度が上昇し、燃料の一部の着火タイミングが早期化するので、メイン燃焼の期間が長くなる。その結果、着火遅れに起因する急激な筒内圧の上昇が抑制される。このように、事前噴射によれば、メイン燃焼の状態を適正化して騒音を抑制することが可能である。しかし、内燃機関本体の運転状態は変化するので、事前噴射だけでは、メイン燃焼の状態を安定的に適正化することが難しい。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、事前噴射の期間に燃焼室に電磁波を放射して電磁波プラズマを生成する圧縮着火式の内燃機関において、内燃機関本体の運転状態の変化に対して、メイン燃焼の状態を安定的に適正化することにある。
第１の発明は、上記燃焼室において燃料を圧縮着火させる内燃機関本体と、上記内燃機関本体に取り付けられて、燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射手段と、上記内燃機関本体に取り付けられて、燃焼室に電磁波を放射して電磁波プラズマを生成するプラズマ生成手段とを有する内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、メイン噴射の前に該メイン噴射よりも少ない噴射量の事前噴射を行うように上記燃料噴射手段を制御すると共に、上記事前噴射の期間に燃焼室に電磁波を放射して電磁波プラズマを生成するように上記プラズマ生成手段を制御する制御手段を備え、上記制御手段は、上記内燃機関本体の運転状態に応じて、上記事前噴射の期間に燃焼室に放射される電磁波のエネルギーの大きさを制御することにより、上記メイン噴射の燃料の燃焼に伴う熱発生の状態を制御する内燃機関の制御装置である。
第１の発明では、事前噴射の期間に電磁波プラズマを生成することにより、上述したように、電磁波プラズマを生成しない場合に比べてメイン燃焼の期間が長くなり、メイン燃焼の状態が適正化される。メイン燃焼の期間が長くなることは、メイン燃焼に伴う熱発生の状態が変化することを意味している。つまり、事前噴射の期間に電磁波プラズマを生成することにより、メイン燃焼に伴う熱発生の状態が変化する。事前噴射の期間に燃焼室に放射される電磁波のエネルギーの大きさを変化させると、メイン燃焼に伴う熱発生の状態が変化する。第１の発明では、事前噴射の期間に燃焼室に放射される電磁波のエネルギーの大きさが、内燃機関本体の運転状態に応じた値に制御される。
第２の発明は、第１の発明において、上記制御手段が、上記事前噴射の噴射量に応じて該事前噴射の期間に燃焼室に放射される電磁波のエネルギーの大きさを制御することにより、上記メイン噴射の燃料の燃焼に伴う熱発生の立ち上がりタイミングを制御する。
第２の発明では、事前噴射の噴射量に応じて事前噴射の期間に燃焼室に放射される電磁波のエネルギーの大きさが制御されて、メイン燃焼に伴う熱発生の立ち上がりタイミングが制御される。例えば、事前噴射の噴射量を多くするほど、事前噴射の期間に燃焼室に放射する電磁波のエネルギーを大きくする。この第２の発明では、事前噴射の燃料が安定的に燃焼するので、メイン燃焼に伴う熱発生の立ち上がりタイミングが安定的に制御される。
第３の発明は、第２の発明において、上記制御手段が、上記メイン噴射に対する上記事前噴射のタイミングを制御することにより、上記メイン噴射の燃料の燃焼に伴う熱発生の立ち上がりタイミングを制御する。
第３の発明では、電磁波のエネルギーの制御だけでなく、メイン噴射に対する事前噴射のタイミングの制御によっても、メイン燃焼に伴う熱発生の立ち上がりタイミングが制御される。メイン噴射に対する事前噴射のタイミングを変化させると、メイン噴射前の燃焼室における燃料の濃度分布が変化するので、メイン燃焼に伴う熱発生の立ち上がりタイミングが変化する。
第４の発明は、第１の発明において、上記制御手段が、上記事前噴射の噴射量に応じて該事前噴射の期間に燃焼室に放射される電磁波のエネルギーの大きさを制御することにより、上記メイン噴射の燃料の燃焼に伴う熱発生の立ち上がりから立ち下がりまでの期間の長さを制御する。
第４の発明では、事前噴射の噴射量に応じて事前噴射の期間に燃焼室に放射される電磁波のエネルギーの大きさを制御されて、メイン燃焼に伴う熱発生の立ち上がりから立ち下がりまでの期間の長さが制御される。例えば、事前噴射の噴射量を多くするほど、事前噴射の期間に燃焼室に放射する電磁波のエネルギーを大きくする。この第４の発明では、事前噴射において噴射された燃料が安定的に燃焼するので、メイン燃焼に伴う熱発生の立ち上がりから立ち下がりまでの期間の長さが安定的に制御される。
第５の発明は、第１又は第４の発明において、上記制御手段が、上記メイン噴射の期間に燃焼室に電磁波を放射して電磁波プラズマを生成する一方、上記メイン噴射の期間に燃焼室に放射される電磁波のエネルギーの大きさを制御することにより、上記メイン噴射の燃料の燃焼に伴う熱発生の立ち上がりから立ち下がりまでの期間の長さを制御する。
第５の発明では、メイン噴射の期間に燃焼室に放射される電磁波のエネルギーの大きさを制御することにより、メイン燃焼に伴う熱発生の立ち上がりから立ち下がりまでの期間の長さが制御される。
第６の発明は、第１乃至第５の何れか１つの発明において、上記制御手段が、上記内燃機関本体の運転状態に応じて、上記事前噴射の期間に上記プラズマ生成手段が上記電磁波プラズマを生成するタイミングを制御する。
第６の発明では、内燃機関本体の運転状態に応じて、上記事前噴射の期間に電磁波プラズマを生成するタイミングが制御される。
本発明では、事前噴射の期間に燃焼室に放射される電磁波のエネルギーの大きさが、内燃機関本体の運転状態に応じた値に制御される。ところで、メイン燃焼の適切な状態は、内燃機関本体の運転状態（例えば、負荷、回転数）によって異なる。本発明では、内燃機関本体の運転状態を考慮して、事前噴射の期間に燃焼室に放射される電磁波のエネルギーの大きさが決定される。従って、内燃機関本体の運転状態の変化に対して、メイン燃焼の状態を安定的に適正化することができる。
図１は、実施形態に係る内燃機関の断面図である。 図２は、実施形態に係るプラズマ生成装置のブロック図である。 図３は、実施形態に係る内燃機関のシリンダヘッドを燃焼室側から見た図である。 図４は、実施形態に係る制御装置のブロック図である。 図５は、実施形態に係る内燃機関における熱発生率の変化を表す図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
本実施形態は、燃焼室２１において燃料を圧縮着火させる圧縮着火式の内燃機関２０である。この内燃機関２０は、マイクロ波プラズマを利用して燃焼を促進させる。内燃機関２０は、本発明に係る内燃機関の制御装置１０（以下、「制御装置」という。）により制御される。本実施形態の制御装置１０は、本発明の一例である。内燃機関２０は、内燃機関本体２２と燃料噴射装置２４とプラズマ生成装置３０とを備えている。
−内燃機関本体−
内燃機関本体２２は、図１に示すように、シリンダブロック４２とシリンダヘッド４４とピストン４６とを備えている。シリンダブロック４２には、横断面が円形のシリンダ４８が複数形成されている。各シリンダ４８には、ピストン４６が摺動自在に設けられている。ピストン４６は、コネクティングロッドを介して、クランクシャフトに連結されている（図示省略）。クランクシャフトは、シリンダブロック４２に回転自在に支持されている。各シリンダ４８内においてシリンダ４８の軸方向にピストン４６が往復運動すると、コネクティングロッドがピストン４６の往復運動をクランクシャフトの回転運動に変換する。
シリンダヘッド４４は、ガスケット４３を挟んで、シリンダブロック４２上に載置されている。シリンダヘッド４４は、ピストン４６及びシリンダ４８と共に、燃焼室２１を区画している。シリンダヘッド４４には、各シリンダ４８に対して、インジェクター５０が１つずつ設けられている。インジェクター５０は、複数の噴孔（本実施形態では４つの噴孔）が等角度間隔で形成され、燃料を放射状に噴射する。
シリンダヘッド４４には、各シリンダ４８に対して、吸気ポート２５及び排気ポート２６が形成されている。吸気ポート２５には、吸気ポート２５を開閉する吸気バルブ２７が設けられている。一方、排気ポート２６には、排気ポート２６を開閉する排気バルブ２８が設けられている。
−燃料噴射装置−
燃料噴射装置２４は、内燃機関本体２２に取り付けられて、燃焼室２１に燃料を噴射する燃料噴射手段を構成している。燃料噴射装置２４は、コモンレール式の燃料噴射装置である。燃料噴射装置２４は、図１に示すように、各シリンダ４８にそれぞれ設けられたインジェクター５０と、各インジェクター５０へ供給する高圧燃料を蓄える蓄圧器５２と、燃料タンク５３の燃料を加圧して蓄圧器５２に供給する供給ポンプ５４とを備えている。燃料噴射装置２４は、制御装置１０により制御される。
−プラズマ生成装置−
プラズマ生成装置３０は、内燃機関本体２２に取り付けられて、燃焼室２１にマイクロ波を放射してマイクロ波プラズマ（電磁波プラズマ）を生成するプラズマ生成手段を構成している。プラズマ生成装置３０は、各シリンダ４８に対して、インジェクター５０の噴孔と同数設けられている。本実施形態では、プラズマ生成装置３０が、各シリンダ４８に４つずつ設けられている。各プラズマ生成装置３０は、インジェクター５０の各噴孔から噴射された噴流に接触するようにマイクロ波プラズマを生成する。各プラズマ生成装置３０は、制御装置１０により制御される。各プラズマ生成装置３０は、図２に示すように、パルス発生器３１と電磁波用電源３２と電磁波発振器３３と混合器３４と放電器３５とを備えている。
パルス発生器３１は、自動車（本内燃機関２０を搭載する自動車）に搭載されたバッテリーに接続されている。パルス発生器３１は、例えばイグニッションコイルであり、制御装置１０から放電信号を受けると、バッテリーから印加された電圧を昇圧し、昇圧後の高電圧パルスを混合器３４へ出力する。
電磁波用電源３２は、自動車のバッテリーに接続されている。電磁波用電源３２は、制御装置１０から電磁波発振信号を受けると、バッテリーからの電流をパルス電流に変換して電磁波発振器３３に出力する。電磁波発振器３３は、例えばマグネトロンや半導体発振器である。パルス電流を受けた電磁波発振器３３は、混合器３４にマイクロ波パルスを出力する。混合器３４は、高電圧パルスとマイクロ波パルスを混合して放電器３５に出力する。
放電器３５は、例えばスパークプラグである。放電器３５は、混合器３４に電気的に接続された放電電極と、その放電電極との間に放電ギャップを形成する接地電極とを備えている。各放電器３５では、放電ギャップが燃焼室２１に位置している。図３に示すように、各放電器３５は、シリンダヘッド４４を燃焼室２１からシリンダ４８の軸方向に見た場合に、インジェクター５０の噴孔から噴射された噴流が通過する位置に配置されている。
放電器３５では、混合器３４から高電圧パルスとマイクロ波パルスを受けると、放電ギャップでスパーク放電が生じ、そのスパーク放電により生じた放電プラズマに対して、放電電極からマイクロ波が照射される。放電電極は、電磁波用のアンテナとして機能する。スパーク放電により生じた放電プラズマは、マイクロ波のエネルギーを吸収して拡大する。このようにして、プラズマ生成装置３０は、非平衡のマイクロ波プラズマを生成する。
なお、電磁波用電源３２は、電磁波発振信号を受けると、所定のデューティー比で所定の継続時間に亘ってパルス電流を出力する。電磁波発振器３３は、継続時間に亘ってマイクロ波パルスを出力する。電磁波発振信号の開始時点から所定の継続時間が経過すると、マイクロ波パルスの発振が停止され、マイクロ波プラズマが消滅する。
−制御装置−
制御装置１０は、燃料噴射装置２４及びプラズマ生成装置３０を制御する制御手段を構成している。制御装置１０は、図４に示すように、燃料噴射装置２４を制御する噴射制御部１２と、プラズマ生成装置３０を制御するプラズマ制御部１４とを備えている。
噴射制御部１２は、１回の燃焼サイクルにおいてパイロット噴射、プレ噴射、メイン噴射、アフター噴射およびポスト噴射を燃料噴射装置２４に行わせる多段噴射制御を実行する。噴射制御部１２は、多段噴射制御として、各段の噴射に対応してインジェクター５０に噴射信号を送ってインジェクター５０の弁を開閉する制御を行う。
メイン噴射は、エンジン出力を得るための噴射であり、５つの噴射の中で最も噴射量が多い。パイロット噴射及びプレ噴射は、ノイズの低減や窒素酸化物（NOx）の削減を目的とし、それぞれがメイン噴射に先だって行われる事前噴射を構成している。パイロット噴射及びプレ噴射は、噴射量がメイン噴射よりも少ない。アフター噴射は、粒子状物質（PM）の削減を目的する噴射である。ポスト噴射は、排ガス後処理装置の再生を目的とする噴射である。なお、事前噴射は、パイロット噴射及びプレ噴射の片方だけであってもよい。
プラズマ制御部１４は、事前噴射の期間に燃焼室２１にマイクロ波を放射してマイクロ波プラズマを生成するように各プラズマ生成装置３０を制御する。具体的に、プラズマ制御部１４は、パイロット噴射の期間に、マイクロ波プラズマを生成するように各プラズマ生成装置３０を制御する。プラズマ制御部１４は、パイロット噴射の噴射信号と同じタイミングで、各プラズマ生成装置３０に対して放電信号及び電磁波発振信号を出力する。
各プラズマ生成装置３０では、放電信号がパルス発生器３１に入力され、電磁波発振信号が電磁波用電源３２に入力される。その結果、燃焼室２１では、パイロット噴射の開始とほぼ同時に、各放電器３５の放電ギャップでマイクロ波プラズマが生成される。プラズマ生成装置３０は、パイロット噴射の噴流が放電ギャップを通過し終わるまでマイクロ波プラズマが維持されるように制御される。すなわち、パイロット噴射の噴流が放電ギャップを通過し終わるまで、電磁波用電源３２が所定のデューティー比でパルス電流の出力を継続する。放電ギャップを通過する噴流の燃料は、マイクロ波プラズマに接触して強制的に着火される。インジェクター５０から噴射された燃料は、マイクロ波プラズマを生成しない場合に比べて多くの量が燃焼する。
本実施形態では、プラズマ制御部１４が、内燃機関本体２２の運転状態に応じて、パイロット噴射の期間に燃焼室２１に放射されるマイクロ波のエネルギー（以下、「パイロット期間のマイクロ波エネルギー」という。）の大きさを制御することにより、メイン燃焼に伴う熱発生の状態として、メイン燃焼に伴う熱発生の立ち上がりタイミング（図５のｔ１）を制御する。メイン燃焼に伴う熱発生の立ち上がりタイミングｔ１は、例えば図５において熱発生率の変化を示すラインの変曲点とする。なお、メイン燃焼に伴う熱発生の立ち上がりタイミングは、熱発生率の時間微分値が所定の閾値を超えた時点としてもよい。
プラズマ制御部１４は、マイクロ波パルスのデューティー比を変化させることによってマイクロ波の単位時間当りのエネルギーの大きさを制御する。マイクロ波の単位時間当りのエネルギーを増大させる場合は、マイクロ波パルスのデューティー比が大きな値に設定される。なお、プラズマ制御部１４は、マイクロ波のピーク電流値を変化させることによってマイクロ波の単位時間当りのエネルギーの大きさを制御してもよい。また、プラズマ制御部１４は、マイクロ波パルスの継続時間を変化させることによって所定の期間内におけるマイクロ波のエネルギーの大きさを制御してもよい。この点は、後述する変形例においても同様である。
具体的に、プラズマ制御部１４には、内燃機関本体２２の運転状態（例えば、負荷、回転数）に対応して、パイロット期間のマイクロ波エネルギーの大きさが決められた制御マップが予め設けられている。パイロット期間のマイクロ波エネルギーの大きさは、内燃機関本体２２の運転状態に対して、メイン燃焼に伴う熱発生の立ち上がりタイミングが最適になるように決められている。
プラズマ制御部１４は、内燃機関本体２２の運転状態を検知すると、その検知した運転状態に対応するパイロット期間のマイクロ波エネルギーの値を制御マップから読み出す。そして、プラズマ制御部１４は、制御マップから読み出したパイロット期間のマイクロ波エネルギーの値になるように、プラズマ生成装置３０を制御する。プラズマ制御部１４は、メイン燃焼に伴う熱発生の立ち上がりタイミングを早めに調節する場合（図５の実線の場合）は、パイロット期間のマイクロ波エネルギーを増大させる。一方、プラズマ制御部１４は、メイン燃焼に伴う熱発生の立ち上がりタイミングを遅めに調節する場合（図５の破線の場合）は、パイロット期間のマイクロ波エネルギーを減少させる。すなわち、メイン燃焼に伴う熱発生の立ち上がりタイミングを早める場合ほど、パイロット期間のマイクロ波エネルギーが大きくなる。
なお、内燃機関本体２２の運転状態（例えば、負荷、回転数）に応じてパイロット噴射の噴射量が調節される場合は、パイロット期間のマイクロ波エネルギーの大きさが、パイロット噴射の噴射量を考慮して決定される。例えば、パイロット噴射の噴射量は、内燃機関本体２２の運転状態に対して、メイン燃焼に伴う熱発生の立ち上がりタイミングが最適になるように決められている。プラズマ制御部１４は、パイロット噴射の噴射量が多くなるほど、パイロット期間のマイクロ波エネルギーを大きくする。
また、本実施形態では、メイン噴射に対してもマイクロ波プラズマが生成される。プラズマ制御部１４は、メイン噴射の噴射信号と同じタイミングで、各プラズマ生成装置３０に対して電磁波発振信号を出力する。そうすると、燃焼室２１では、メイン噴射の開始とほぼ同時に、各放電器３５の放電電極からマイクロ波パルスが放射される。マイクロ波パルスは、メイン噴射により形成された火炎中の電子を加速させる。その結果、燃焼室２１では、マイクロ波プラズマが生成される。メイン噴射の際は、放電ギャップで放電を行うことなく、マイクロ波だけでマイクロ波プラズマが生成される。電磁波用電源３２は、メイン噴射の噴流が放電ギャップを通過し終わるまで所定のデューティー比でパルス電流の出力を継続する。本実施形態では、メイン噴射の噴流にマイクロ波プラズマを接触させることで、メイン燃焼が促進される。
−実施形態の効果−
本実施形態では、パイロット噴射の期間に燃焼室２１に放射されるマイクロ波のエネルギーの大きさが、内燃機関本体２２の運転状態に応じた値に制御される。ところで、メイン燃焼の適切な状態は、内燃機関本体２２の運転状態（例えば、負荷、回転数）によって異なる。本実施形態では、内燃機関本体２２の運転状態を考慮して、パイロット噴射の期間に燃焼室２１に放射されるマイクロ波のエネルギーの大きさが決定される。従って、内燃機関本体２２の運転状態の変化に対して、メイン燃焼の状態を安定的に適正化することができる。
−実施形態の変形例１−
実施形態の変形例１について説明する。この変形例１では、制御装置１０が、パイロット期間のマイクロ波エネルギーの制御だけでなく、メイン噴射に対するパイロット噴射のタイミングを制御することにより、メイン燃焼に伴う熱発生の立ち上がりタイミングを制御する。
メイン燃焼に伴う熱発生の立ち上がりタイミングを早めに調節する場合は、メイン噴射に対するパイロット噴射の先行時間（パイロット噴射の開始からメイン噴射の開始までの時間）を大きくする。メイン燃焼に伴う熱発生の立ち上がりタイミングを遅めに調節する場合は、メイン噴射に対するパイロット噴射の先行時間を短くする。
変形例１では、メイン噴射に対するパイロット噴射の先行時間を変化させて、メイン噴射の時点において既に噴射された燃料の混合度合いを変化させることで、メイン燃焼に伴う熱発生の立ち上がりタイミングが制御される。この変形例１では、２種類の制御によってメイン燃焼に伴う熱発生の立ち上がりタイミングを制御するので、メイン燃焼の状態の制御幅を拡大することができる。
−実施形態の変形例２−
実施形態の変形例２について説明する。この変形例２では、プラズマ制御部１４が、パイロット噴射の噴射量に応じてパイロット期間のマイクロ波エネルギーの大きさを制御することにより、メイン燃焼に伴う熱発生の立ち上がり（図５のｔ１）から立ち下がり（図５のｔ２）までの期間（以下、「主熱発生期間」という。）の長さを制御する。制御マップに設定されたパイロット期間のマイクロ波エネルギーの大きさは、内燃機関本体２２の運転状態に対して主熱発生期間が最適になるように決められている。なお、メイン燃焼に伴う熱発生の立ち下がりタイミングｔ２は、例えば図５において熱発生率の変化を示すラインの変曲点とする。なお、メイン燃焼に伴う熱発生の立ち下がりタイミングは、熱発生率の時間微分値が所定の閾値を下回った時点としてもよい。
プラズマ制御部１４は、内燃機関本体２２の運転状態を検知すると、その検知した運転状態に対応するパイロット期間のマイクロ波エネルギーの値を制御マップから読み出す。そして、プラズマ制御部１４は、制御マップから読み出したパイロット期間のマイクロ波エネルギーの値になるように、プラズマ生成装置３０を制御する。プラズマ制御部１４は、主熱発生期間を長めに調節する場合は、パイロット期間のマイクロ波エネルギーを増大させる。一方、プラズマ制御部１４は、主熱発生期間を短めに調節する場合は、パイロット期間のマイクロ波エネルギーを減少させる。すなわち、主熱発生期間を長くする場合ほど、パイロット期間のマイクロ波エネルギーが大きくなる。
なお、パイロット噴射の噴射量は、内燃機関本体２２の運転状態（例えば、負荷、回転数）に応じて調節される。例えば、パイロット噴射の噴射量は、内燃機関本体２２の運転状態に対して、主熱発生期間の長さが最適になるように調節される。パイロット期間のマイクロ波エネルギーの大きさは、パイロット噴射の噴射量を考慮して決定される。プラズマ制御部１４は、パイロット噴射の噴射量が多くなるほど、パイロット期間のマイクロ波エネルギーを大きくする。
−実施形態の変形例３−
実施形態の変形例３について説明する。この変形例３では、プラズマ制御部１４が、メイン噴射の期間に燃焼室２１に放射されるマイクロ波の単位時間当りのエネルギー（以下、「メイン期間のマイクロ波エネルギー」という。）の大きさを制御することにより、主熱発生期間の長さを制御する。
なお、パイロット期間のマイクロ波エネルギーの大きさの制御により、メイン燃焼に伴う熱発生の立ち上がりタイミングを制御する場合は、メイン燃焼に伴う熱発生の立ち上がりタイミングと主熱発生期間の長さとの両方の制御が可能になる。
《その他の実施形態》
上記実施形態は、以下のように構成してもよい。
本実施形態では、高電圧パルスを印加する放電電極を電磁波用のアンテナとして利用したが、放電電極とは別途に電磁波用のアンテナを設けてもよい。その場合、混合器３４は必要なく、パルス発生器３１と放電器３５とが直接接続され、電磁波発振器３３と電磁波用のアンテナとが直接接続される。電磁波用のアンテナは、放電器３５に内蔵してもよいし、放電器３５と別体にしてシリンダヘッド４４に設けてもよい。
また、上記実施形態において、プラズマ制御部１４は、内燃機関本体２２の運転状態に応じて、事前噴射（パイロット噴射、プレ噴射）の期間にプラズマ生成装置３０がマイクロ波プラズマを生成するタイミングを制御してもよい。これにより、メイン燃焼に間接的に影響を与えて、メイン燃焼における熱発生の状態を適宜制御することができる。
また、上記実施形態において、各噴孔から噴射された噴流に対して、複数箇所でマイクロ波プラズマを接触させることが可能で且つマイクロ波プラズマを生成するタイミングを制御する場合、プラズマの発生時期を同時にする必要はない。むしろ時間差を設けてマイクロ波プラズマを生成した方が、燃焼室２１全域で一気に燃焼して筒内圧が急激に上昇すること（筒内圧がPmaxを超えること）を防止できるため、有用である。
また、上記実施形態において、プレ噴射に対してマイクロ波プラズマを生成してもよい。その場合は、プレ噴射の噴射量が多くなるほど、プレ噴射の期間に燃焼室２１に放射するマイクロ波のエネルギーを増大させる。
また、上記実施形態において、アフター噴射に対してマイクロ波プラズマを生成してもよいし、ポスト噴射に対してマイクロ波プラズマを生成してもよい。
また、上記実施形態において、内燃機関２０の圧縮比を下げて、圧縮着火しにくくすることで、マイクロ波プラズマによる着火時期制御範囲を拡大することができるため、有用である。
また、上記実施形態において、マイクロ波プラズマの位置は、噴流の中心軸線上にある必要はなく、霧化した燃料がマイクロ波プラズマに接触すれば良い。
また、上記実施形態において、各噴孔から噴射された噴流に対して、複数箇所でマイクロ波プラズマを接触させてもよい。例えば、各噴流に対して、噴孔側（例えば噴孔近傍）とシリンダ壁側（例えばシリンダ壁近傍）でマイクロ波プラズマを接触させる。その場合に、シリンダ壁側よりも先に噴孔側にてマイクロ波プラズマを生成してもよい。噴孔側でマイクロ波プラズマを生成する時点の方が、シリンダ壁側でマイクロ波プラズマを生成する時点よりも燃焼室２１の圧力が低くプラズマが生成されやすいので、マイクロ波プラズマを生成する際に放射するマイクロ波の単位時間当たりのエネルギーを低くしてもよい。
また、上記実施形態において、マイクロ波プラズマの生成しやすさに圧力依存性があるため、燃焼室２１の圧力に基づいて、マイクロ波プラズマを生成する際に放射するマイクロ波の単位時間当たりのエネルギーを変化させてもよい。例えば、プラズマ生成から消滅までの期間中に、燃焼室２１の圧力の上昇に伴ってマイクロ波の単位時間当たりのエネルギーを上昇させてもよい。
また、上記実施形態において、インジェクター５０が孔径の異なる複数の噴孔を有する場合に、小径の噴孔から噴射された噴流に接触させるマイクロ波プラズマよりも、大径の噴孔から噴射された噴流に接触させるマイクロ波プラズマの方が、マイクロ波プラズマを生成する際に放射するマイクロ波の単位時間当たりのエネルギーを高くしてもよい。
また、上記実施形態において、噴射パターンに応じて、マイクロ波プラズマを生成する際に放射するマイクロ波の単位時間当たりのエネルギーを変化させてもよい。例えば、パイロット噴射に対するプラズマとメイン噴射に対するプラズマとで、マイクロ波の単位時間当たりのエネルギーを変化させる。
以上説明したように、本発明は、燃焼室において燃料を圧縮着火させる内燃機関の制御装置について有用である。
１０ 内燃機関の制御装置
１２ 噴射制御装置（制御手段）
１４ プラズマ制御装置（制御手段）
２０ 内燃機関
２２ 内燃機関本体
２４ 燃料噴射装置（燃料噴射手段）
３０ プラズマ生成装置（プラズマ生成手段）

Claims (6)

  1. 上記燃焼室において燃料を圧縮着火させる内燃機関本体と、上記内燃機関本体に取り付けられて、燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射手段と、上記内燃機関本体に取り付けられて、燃焼室に電磁波を放射して電磁波プラズマを生成するプラズマ生成手段とを有する内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
    メイン噴射の前に該メイン噴射よりも少ない噴射量の事前噴射を行うように上記燃料噴射手段を制御すると共に、上記事前噴射の期間に燃焼室に電磁波を放射して電磁波プラズマを生成するように上記プラズマ生成手段を制御する制御手段を備え、
    上記制御手段は、上記内燃機関本体の運転状態に応じて、上記事前噴射の期間に燃焼室に放射される電磁波のエネルギーの大きさを制御することにより、上記メイン噴射の燃料の燃焼に伴う熱発生の状態を制御する
    ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
  2. 請求項１において、
    上記制御手段は、上記事前噴射の噴射量に応じて該事前噴射の期間に燃焼室に放射される電磁波のエネルギーの大きさを制御することにより、上記メイン噴射の燃料の燃焼に伴う熱発生の立ち上がりタイミングを制御する
    ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
  3. 請求項２において、
    上記制御手段は、上記メイン噴射に対する上記事前噴射のタイミングを制御することにより、上記メイン噴射の燃料の燃焼に伴う熱発生の立ち上がりタイミングを制御する
    ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
  4. 請求項１において、
    上記制御手段は、上記事前噴射の噴射量に応じて該事前噴射の期間に燃焼室に放射される電磁波のエネルギーの大きさを制御することにより、上記メイン噴射の燃料の燃焼に伴う熱発生の立ち上がりから立ち下がりまでの期間の長さを制御する
    ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
  5. 請求項１又は４において、
    上記制御手段は、上記メイン噴射の期間に燃焼室に電磁波を放射して電磁波プラズマを生成する一方、上記メイン噴射の期間に燃焼室に放射される電磁波のエネルギーの大きさを制御することにより、上記メイン噴射の燃料の燃焼に伴う熱発生の立ち上がりから立ち下がりまでの期間の長さを制御する
    ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
  6. 請求項１乃至５の何れか１つにおいて、
    上記制御手段は、上記内燃機関本体の運転状態に応じて、上記事前噴射の期間に上記プラズマ生成手段が上記電磁波プラズマを生成するタイミングを制御する
    ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
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