WO2016002165A1 - レーザ点火式エンジンの制御装置 - Google Patents

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WO2016002165A1
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laser ignition
contaminated
combustion state
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養祖　隆
正尚 山川
藤川　竜也
井上　淳
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マツダ株式会社
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    • F23R2900/00—Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/00006—Using laser for starting or improving the combustion process

Definitions

  • the present invention relates to a control device for a laser ignition engine, and more particularly to a control device for a laser ignition engine that ignites using a laser ignition device that emits laser light condensed by a lens.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art. It is possible to accurately determine whether or not the laser ignition device is contaminated, and to execute the countermeasure against the contamination at an appropriate timing. It is an object of the present invention to provide a control device for a laser ignitable engine. The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and it is possible to appropriately prevent the air-fuel mixture from being easily ignited when the laser ignition device is contaminated. Another object of the present invention is to provide a control device for a laser ignition engine.
  • the present invention relates to a control device for a laser ignition engine that uses a laser ignition device that emits laser light collected by a lens, and relates to a combustion state of the engine. Defined based on the combustion state related value acquisition unit for acquiring the combustion state related value, the combustion state related value acquired by the combustion state related value acquisition unit, and the combustion state of the engine when the laser ignition device is not contaminated And a contamination determination unit for comparing the determined combustion state determination value to determine whether or not the laser ignition device is contaminated.
  • the laser is based on the combustion state related value related to the combustion state of the engine.
  • the ignition device Since it is determined whether or not the ignition device is contaminated, it is possible to accurately determine the contamination of the laser ignition device. Therefore, according to the present invention, it is possible to cope with contamination of the laser ignition device at an appropriate timing, and it is possible to suppress wasteful energy consumption.
  • the combustion state related value acquisition unit acquires an in-cylinder pressure detected by an in-cylinder pressure sensor provided in the engine as a combustion state related value
  • the contamination determination unit includes a contamination of the laser ignition device.
  • the in-cylinder pressure acquired at the time of combustion is reduced when the laser ignition device is contaminated, considering that the cooling loss is larger than that at the time of non-contamination and the in-cylinder pressure at the time of combustion is reduced. Since it is determined that the laser ignition device is contaminated when it is equal to or lower than the internal pressure determination value, contamination of the laser ignition device can be accurately determined.
  • the combustion state related value acquisition unit acquires an ion current detected by an ion current sensor provided in the engine as a combustion state related value
  • the contamination determination unit includes a contamination of the laser ignition device.
  • the timing determination value defined based on the timing at which the ionic current reaches a predetermined value in a state where there is no combustion is used as the combustion state determination value, and the timing at which the ionic current acquired by the combustion state related value acquisition unit reaches the predetermined value If it is later than that, it is determined that the laser ignition device is contaminated, or the ion current determination value defined based on the ion current obtained at the time of combustion when the laser ignition device is not contaminated is determined as the combustion state.
  • the ion current acquired during combustion by the combustion state related value acquisition unit If it is lower, it is determined that the laser ignition device is contaminated.
  • the ion current is set to a predetermined value in consideration of the fact that the ignition point is shifted to the piston side when the laser ignition device is contaminated and the timing at which the ion current is detected is delayed compared to the non-contaminated state. Since it is determined that the laser ignition device is contaminated when the arrival timing is later than the timing determination value, contamination of the laser ignition device can be accurately determined.
  • the laser ignition device when the laser ignition device is contaminated, the laser ignition device is contaminated when the acquired ion current is less than the ion current determination value, considering that the cooling loss is larger and the ion current is lower than when the laser ignition device is uncontaminated. Therefore, it is possible to accurately determine contamination of the laser ignition device.
  • the combustion state related value acquiring unit acquires a crank angle signal from a crank angle sensor provided in the engine as a combustion state related value, and the contamination determination unit is not contaminated by the laser ignition device.
  • the pulse width judgment value defined based on the pulse width of the crank angle signal obtained during combustion in the state is used as the combustion state judgment value, and the pulse width of the crank angle signal obtained during combustion by the combustion state related value acquisition unit is pulsed. When it is equal to or larger than the width determination value, it is determined that the laser ignition device is contaminated.
  • the present invention configured as described above, it is obtained at the time of combustion in consideration of the fact that the cooling loss is larger when the laser ignition device is contaminated and the pulse width of the crank angle signal at the time of combustion is larger than when it is not contaminated. Since it is determined that the laser ignition device is contaminated when the pulse width of the crank angle signal is equal to or greater than the pulse width determination value, contamination of the laser ignition device can be accurately determined.
  • the present invention provides a control device for a laser ignition engine that ignites using a laser ignition device that emits laser light condensed by a lens, and the laser ignition device is contaminated.
  • a contamination determination unit that determines whether or not the laser ignition device is not contaminated by the contamination determination unit, sets the laser output of the laser ignition device to the reference laser output, and the contamination determination unit
  • a laser output control unit that increases the laser output of the laser ignition device more than at least the reference laser output when it is determined that the laser ignition device is contaminated.
  • the laser output of the laser ignition device is set higher than the reference laser output used when the laser ignition device is not contaminated. Therefore, the air-fuel mixture in the combustion chamber can be reliably ignited.
  • the engine performs compression self-ignition combustion, which is combustion by self-ignition of the air-fuel mixture in a predetermined first operation region, and laser ignition in a second operation region different from the first operation region.
  • compression self-ignition gasoline engine that performs ignition combustion, which is forced combustion by ignition of the device, and the pollution determination unit detects that the laser ignition device is contaminated when the compression auto-ignition combustion continues for a predetermined time or longer in the engine. It is determined that In the present invention configured as described above, in the compression self-ignition gasoline engine, when the compression self-ignition combustion is performed, the laser ignition device is easily contaminated, and the compression self-ignition combustion continues for a predetermined time or more.
  • control for increasing the laser output of the laser ignition device over the reference laser output can be executed at an appropriate timing, and wasteful energy consumption can be suppressed.
  • the laser output control unit is configured to remove the laser output of the laser ignition device from the laser output of the laser ignition device when the contamination determination unit determines that the laser ignition device is contaminated. After increasing the output to remove contamination of the laser igniter, the laser output of the laser igniter is returned to the reference laser output.
  • the laser output of the laser ignition device is increased to a high laser output capable of removing the contamination, thereby performing laser ignition. The contamination of the apparatus can be appropriately removed. Further, according to the present invention, since the laser output is returned to the reference laser output after removing the contamination of the laser ignition device, it is possible to suppress wasteful energy consumption due to continuous use of the high laser output.
  • the present invention further includes a combustion state related value acquisition unit for acquiring a combustion state related value related to the combustion state of the engine, and the pollution determination unit is a combustion state acquired by the combustion state related value acquisition unit.
  • the related value is compared with a combustion state determination value defined based on the combustion state of the engine when the laser ignition device is not contaminated, and it is determined whether or not the laser ignition device is contaminated.
  • the laser is based on the combustion state related value related to the combustion state of the engine. Since it is determined whether or not the ignition device is contaminated, it is possible to accurately determine the contamination of the laser ignition device. Therefore, according to the present invention, control for increasing the laser output of the laser ignition device over the reference laser output can be executed at an appropriate timing, and wasteful energy consumption can be suppressed.
  • control device for a laser ignition engine of the present invention it is possible to accurately determine whether or not the laser ignition device is contaminated, and to cope with the contamination at an appropriate timing. Further, according to the control device for the laser ignition type engine of the present invention, it is possible to appropriately suppress that the air-fuel mixture becomes difficult to ignite when the laser ignition device is contaminated.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an engine according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a perspective view of an engine according to an embodiment of the present invention as viewed from above
  • FIG. 2B is a partial cross-sectional view of the engine.
  • 1 is a plan view schematically showing a laser ignition device according to an embodiment of the present invention. It is explanatory drawing of the reason for which the combustion state of an engine changes when the laser ignition apparatus by embodiment of this invention contaminates, Comprising: It is an enlarged view of a part of a laser ignition apparatus and a piston. It is a figure which shows the specific example of the cylinder pressure obtained at the time of the contamination of the laser ignition device by embodiment of this invention, and the time of non-contamination.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an engine according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2A is a perspective view of the engine as viewed from above (a part of the engine is shown through).
  • (B) is a partial sectional view of this engine.
  • the intake side is shown on the left and the exhaust side is shown on the right.
  • the intake side is shown on the right and the left side is opposite to FIG.
  • the exhaust side is shown.
  • the components of the engine are appropriately omitted for convenience of explanation.
  • the engine 1 is supplied with intake air (air) from an intake passage 3, burns a mixture of the intake air and fuel to generate vehicle power, and exhaust gas generated by the combustion is exhausted.
  • This is an internal combustion engine that discharges from the exhaust passage 21.
  • the engine 1 is a gasoline engine.
  • the engine 1 mainly includes an intake valve 7 for introducing the intake air supplied from the intake passage 3 into the combustion chamber 5 (see FIG. 2B, not shown in FIG. 2A). ), A fuel injection valve 9 for injecting fuel toward the combustion chamber 5 (see FIGS. 2A and 2B), and the intake and fuel supplied into the combustion chamber 5 by emitting laser light.
  • a laser ignition device 11 for igniting the air-fuel mixture (see FIGS.
  • the engine 1 detects an in-cylinder pressure, which is a pressure in the cylinder, and outputs a detection signal S31 corresponding to the in-cylinder pressure, and an ion current generated in the cylinder (which is generated during combustion) And an ion current sensor 33 that outputs a detection signal S33 corresponding to the ion current, a crank angle corresponding to the rotation angle of the crankshaft 17, and a detection signal S35 corresponding to the crank angle.
  • An output crank angle sensor 35 is provided. Specifically, the crank angle sensor 35 outputs a pulse signal corresponding to the crank angle (hereinafter referred to as “crank angle signal” as appropriate) as the detection signal S35.
  • the engine 1 is controlled variously by an ECU (Electronic Control Unit) 50.
  • the ECU 50 functionally includes a combustion state related value acquisition unit 51, a contamination determination unit 52, and a laser output control unit 53.
  • the combustion state related value acquisition unit 51 of the ECU 50 includes an in-cylinder pressure detected by the in-cylinder pressure sensor 31 (corresponding to the detection signal S31), an ionic current detected by the ion current sensor 33 (corresponding to the detection signal S33), and a crank. At least one of the crank angles detected by the angle sensor 35 (corresponding to the detection signal S35 as a crank angle signal) is acquired as a combustion state related value indicating the combustion state of the engine 1.
  • the contamination determination unit 52 of the ECU 50 determines whether or not the laser ignition device 11 is contaminated based on the combustion state related value acquired by the combustion state related value acquisition unit 51 in this way.
  • the laser output control unit 53 of the ECU 50 controls the laser output of the laser ignition device 11 according to the determination result by the contamination determination unit 52. In this case, the laser output control unit 53 controls the laser output by supplying a control signal S11 to the laser ignition device 11.
  • the ECU 50 corresponds to the “control device for a laser ignition engine” in the present invention.
  • the ECU 50 stores a CPU, various programs that are interpreted and executed on the CPU (including a basic control program such as an OS and an application program that is activated on the OS and realizes a specific function), and programs and various data.
  • a computer having an internal memory such as a ROM or RAM is used.
  • FIG. 3 is a plan view schematically showing the laser ignition device 11 according to the embodiment of the present invention.
  • the laser ignition device 11 mainly includes a laser light source 11a such as a semiconductor laser that oscillates laser light, and a laser emitting unit 11c that emits laser light oscillated from the laser light source 11a to the outside. And having. Specifically, the laser emitting portion 11c is provided with a lens 11d as a condensing lens in the vicinity of its tip, and the laser light as parallel light oscillated from the laser light source 11a is condensed by the lens 11d. The emitted laser beam is emitted to the outside.
  • the lens 11 d is configured to condense the laser beam at a position outside the laser ignition device 11, that is, to form a focal point outside the laser ignition device 11.
  • the laser ignition device 11 there is a case in which contamination such as oil adheres to a portion (for example, the lens 11d) disposed in the combustion chamber 5 may occur.
  • contamination such as oil adheres to a portion (for example, the lens 11d) disposed in the combustion chamber 5
  • the laser ignition device 11 is contaminated (for example, when the lens 11d is contaminated)
  • the passage of the laser light is prevented by the contamination, so that the laser ignition device 11 is not contaminated.
  • the combustion state tends to change.
  • FIG. 4 is an enlarged view of a part of the engine 1 according to the embodiment of the present invention, specifically, a part of the laser ignition device 11 and the piston 13.
  • the laser ignition device 11 when the laser ignition device 11 is not contaminated, the laser light emitted from the laser ignition device 11 ignites at the position P11, that is, the position P11 becomes the ignition point.
  • the laser ignition device 11 when the laser ignition device 11 is contaminated, the passage of the laser light is hindered by dirt such as oil adhering to the lens 11d, and the energy of the laser light emitted from the laser ignition device 11 is reduced. Therefore, as indicated by an arrow A1 in FIG. 4, ignition is performed at a position P12 approaching the piston 13 side (in other words, the focal side of the lens 11d) from the ignition point P11 when the laser ignition device 11 is not contaminated. Become.
  • the degree of contamination of the laser ignition device 11 when the degree of contamination of the laser ignition device 11 is large, there are cases where ignition does not occur, that is, misfire may occur.
  • the combustion state of the engine 1 changes compared to the case where the laser ignition device 11 is not contaminated. Therefore, in this embodiment, contamination of the laser ignition device 11 is determined based on the combustion state of the engine 1. Specifically, the combustion state related value acquisition unit 51 of the ECU 50 acquires a combustion state related value indicating the combustion state of the engine 1, and the contamination determination unit 52 of the ECU 50 performs laser processing based on the combustion state related value. It is determined whether or not the ignition device 11 is contaminated.
  • a combustion state determination value for determining a combustion state related value is defined in advance, and the contamination determination unit 52 When the combustion state related value acquired by the combustion state related value acquisition unit 51 deviates from this combustion state determination value, it is determined that the laser ignition device 11 is contaminated.
  • the combustion state related value acquisition unit 51 of the ECU 50 acquires the in-cylinder pressure detected by the in-cylinder pressure sensor 31 as the combustion state related value, and the contamination determination unit 52 of the ECU 50 The in-cylinder pressure acquired during combustion by the combustion state-related value acquisition unit 51 using the in-cylinder pressure determination value defined based on the in-cylinder pressure obtained during combustion in a state where the laser ignition device 11 is not contaminated. And the in-cylinder pressure determination value are compared to determine whether or not the laser ignition device 11 is contaminated.
  • FIGS. 5A to 5D a specific example of the in-cylinder pressure actually obtained at the time of contamination and non-contamination of the laser ignition device 11 will be shown. The difference in in-cylinder pressure at the time of non-contamination will be described.
  • FIG. 5A shows the change in the in-cylinder pressure with respect to the crank angle when the laser ignition device 11 is not contaminated by 60 cycles
  • FIG. 5B shows the laser ignition device 11 when the laser ignition device 11 is not contaminated.
  • the indicated torque for each of the 60 cycles is shown.
  • FIG. 5C shows the change in the in-cylinder pressure with respect to the crank angle over 60 cycles when the laser ignition device 11 is contaminated
  • FIG. The indicated torque for each of the 60 cycles is shown.
  • 5A to 5D show examples of results obtained when the engine speed and the engine load are constant.
  • 5C and 5D show examples of results obtained when the degree of contamination of the laser ignition device 11 is relatively large.
  • the in-cylinder pressure during combustion is different between the non-contaminated state and the contaminated state of the laser ignition device 11. You can see that they are different. Specifically, it can be seen that when the laser ignition device 11 is contaminated, a cycle occurs in which the in-cylinder pressure during combustion is lower than when the laser ignition device 11 is not contaminated. In particular, as shown in FIG. 5D (see the broken line area), it can be seen that there is a cycle in which misfire occurs when the laser ignition device 11 is contaminated.
  • FIG. 6 a graph G11 represented by a solid line shows an example of a change in the in-cylinder pressure with respect to the crank angle when the laser ignition device 11 is not contaminated, and a graph G12 represented by a broken line is a contamination of the laser ignition device 11.
  • An example of the change of the in-cylinder pressure with respect to the crank angle at the time is shown.
  • This graph G12 shows a cylinder obtained when the degree of contamination of the laser ignition device 11 is relatively small (specifically, when the degree of contamination is smaller than that shown in FIGS. 5C and 5D). Indicates the internal pressure.
  • the in-cylinder pressure determination value is set based on the in-cylinder pressure obtained during combustion when the laser ignition device 11 is not contaminated, and combustion is performed by the in-cylinder pressure sensor 31.
  • the in-cylinder pressure actually detected is sometimes less than or equal to this in-cylinder pressure determination value, it is determined that the laser ignition device 11 is contaminated.
  • the in-cylinder pressure CP12 that is smaller than the in-cylinder pressure CP11 by a predetermined value based on the in-cylinder pressure CP11 obtained at the crank angle CA11 corresponding to the time of combustion when the laser ignition device 11 is not contaminated. Is set as the in-cylinder pressure determination value.
  • the contamination determination unit 52 of the ECU 50 determines that the in-cylinder pressure (that is, the in-cylinder pressure detected by the in-cylinder pressure sensor 31) acquired by the combustion state related value acquisition unit 51 of the ECU 50 at the crank angle CA11 corresponding to the combustion is the in-cylinder pressure.
  • the determination value is equal to or less than CP12, it is determined that the laser ignition device 11 is contaminated.
  • the in-cylinder pressure determination value CP12 is set in consideration of the operating state of the engine 1.
  • the in-cylinder pressure determination value CP12 is set in consideration of the load of the engine 1, the flow rate of exhaust gas recirculated from the exhaust system to the intake system (EGR amount), and the like. This is because the in-cylinder pressure fluctuates depending on the operating state of the engine 1, and therefore using the same in-cylinder pressure determination value CP12 in different operating states causes erroneous determination of contamination of the laser ignition device 11. This is because it may end up.
  • a map that defines the in-cylinder pressure determination value CP12 for each operation state of the engine 1 is created, and the contamination determination unit 52 refers to this map and corresponds to the current operation state of the engine 1.
  • the in-cylinder pressure determination value CP12 is adopted.
  • the degree of contamination of the laser ignition device 11 may be further determined.
  • the degree of contamination of the laser ignition device 11 may be determined based on the amount that the in-cylinder pressure acquired by the combustion state-related value acquisition unit 51 deviates from the in-cylinder pressure determination value CP12.
  • the combustion state related value acquisition unit 51 of the ECU 50 acquires the ion current detected by the ion current sensor 33 as the combustion state related value, and the contamination determination unit 52 of the ECU 50 Ions actually acquired by the combustion state related value acquisition unit 51 using a timing determination value defined based on the timing at which the ion current reaches a predetermined value when the laser ignition device 11 is not contaminated as a combustion state determination value. The timing at which the current reaches the predetermined value is compared with the timing determination value to determine whether or not the laser ignition device 11 is contaminated.
  • FIG. 7 a second example of the contamination determination method according to the present embodiment will be specifically described.
  • a graph G ⁇ b> 21 represented by a solid line shows an example of a temporal change in ion current when the laser ignition device 11 is not contaminated
  • a graph G ⁇ b> 22 represented by a broken line is an ion when the laser ignition device 11 is contaminated.
  • An example of the time change of current is shown.
  • This graph G22 shows the ion current obtained when the degree of contamination of the laser ignition device 11 is relatively small.
  • the ion current reaches a predetermined value IC2 (for example, a value when the ion current rises to some extent due to combustion) at timing T21, whereas the laser ignition device. 11, the ion current reaches a predetermined value IC2 at a timing T22 after the timing T21 (Note that the timings T21 and T22 are defined based on, for example, the timing at which the crank angle is the compression top). The same applies to T23 described later). That is, as indicated by an arrow A21 in FIG.
  • the timing at which the ionic current reaches the predetermined value IC2 tends to be delayed when the laser ignition device 11 is not contaminated. This is because, when the laser ignition device 11 is contaminated, it is ignited at a position closer to the piston 13 than when the laser ignition device 11 is not contaminated (see FIG. 4), so that the flame caused by the ignition reaches the ion current sensor 33. This is because it takes time.
  • the timing T23 delayed by a predetermined time from the timing T21 is set. It is set as a timing judgment value.
  • the contamination determination unit 52 of the ECU 50 determines that the timing at which the ion current acquired by the combustion state related value acquisition unit 51 of the ECU 50 (that is, the ion current detected by the ion current sensor 33) reaches the predetermined value IC2 is a timing determination value. If it is later than T23, it is determined that the laser ignition device 11 is contaminated.
  • the ion current may not reach the predetermined value IC2 in the first place (in this case, the timing at which the ion current reaches the predetermined value IC2 cannot be obtained). If the ionic current does not reach the predetermined value IC2, it is preferable to determine that the laser ignition device 11 is contaminated.
  • FIG. 8 another example of the second example of the contamination determination method according to the present embodiment described above will be specifically described.
  • a graph G ⁇ b> 31 represented by a solid line shows an example of a temporal change in ion current when the laser ignition device 11 is not contaminated
  • a graph G ⁇ b> 32 represented by a broken line is an ion when the laser ignition device 11 is contaminated.
  • An example of the time change of current is shown.
  • This graph G32 shows the ion current obtained when the degree of contamination of the laser ignition device 11 is considerably large (specifically, when the degree of contamination is much larger than that shown in FIG. 7).
  • the ion current is lower than when the laser ignition device 11 is not contaminated. More specifically, in this case, since the degree of contamination of the laser ignition device 11 is considerably large, misfire has occurred in the engine 1, and the ion current sensor 33 hardly detects the ion current.
  • a value smaller by a predetermined value than the ion current obtained during combustion when the laser ignition device 11 is not contaminated is set to an ion current.
  • the contamination determination unit 52 of the ECU 50 is set as the determination value IC3, and the ion current acquired at the time of combustion by the combustion state related value acquisition unit 51 of the ECU 50 (that is, the ion current detected by the ion current sensor 33) is this ion.
  • the current determination value is less than or equal to IC3, it is determined that the laser ignition device 11 is contaminated.
  • the ion current determination value IC3 is set to a value that is smaller by a predetermined value than the ion current obtained at a predetermined timing during combustion when the laser ignition device 11 is not contaminated, and the contamination determination unit 52 sets the combustion state related value.
  • the ion current acquired at the predetermined timing by the acquisition unit 51 is equal to or less than the ion current determination value IC3, it is determined that the laser ignition device 11 is contaminated.
  • the timing determination value T23 and the ion current determination value IC3 used in the second example are set in consideration of the operating state of the engine 1.
  • the timing determination value T23 and the ion current determination value IC3 are set in consideration of the load of the engine 1, the flow rate of exhaust gas recirculated from the exhaust system to the intake system (EGR amount), and the like. This is because the magnitude of the ionic current varies depending on the operating state of the engine 1, and therefore, if the same timing determination value T23 and ionic current determination value IC3 are used in different operating states, contamination of the laser ignition device 11 will occur. This is because there is a case where it is erroneously determined.
  • a map that defines the timing determination value T23 and the ionic current determination value IC3 for each operating state of the engine 1 is created, and the contamination determination unit 52 refers to this map to determine the current engine 1
  • a timing determination value T23 and an ionic current determination value IC3 corresponding to the operating state are employed.
  • the degree of contamination of the laser ignition device 11 may be further determined.
  • the amount by which the timing at which the ion current acquired by the combustion state related value acquisition unit 51 reaches the predetermined value IC2 deviates from the timing determination value T23, or the ion current acquired by the combustion state related value acquisition unit 51 is The degree of contamination of the laser ignition device 11 may be determined based on the amount deviating from the ion current determination value IC3.
  • the combustion state related value acquisition unit 51 of the ECU 50 acquires the crank angle signal from the crank angle sensor 35 as the combustion state related value, and the contamination determination unit 52 of the ECU 50 Using the pulse width determination value defined based on the pulse width of the crank angle signal obtained during combustion in a state where the ignition device 11 is not contaminated as the combustion state determination value, it is acquired by the combustion state related value acquisition unit 51 during combustion. The pulse width of the crank angle signal is compared with this pulse width determination value to determine whether or not the laser ignition device 11 is contaminated.
  • a graph G41 represented by a solid line shows an example of a crank angle signal during combustion when the laser ignition device 11 is not contaminated
  • a graph G42 represented by a broken line is a graph when the laser ignition device 11 is contaminated.
  • An example of a crank angle signal during combustion is shown.
  • the crank angle signal at the time of combustion has a pulse width W41, whereas when the laser ignition device 11 is contaminated, the crank angle signal at the time of combustion.
  • this pulse is based on the pulse width W41 of the crank angle signal obtained during combustion when the laser ignition device 11 is not contaminated.
  • a pulse width W43 larger than the width W41 by a predetermined value is set as a pulse width determination value.
  • the contamination determination unit 52 of the ECU 50 has a pulse width of the crank angle signal (that is, the crank angle signal from the crank angle sensor 35) acquired by the combustion state related value acquisition unit 51 of the ECU 50 equal to or greater than the pulse width determination value W43.
  • the pulse width of the acquired crank angle signal becomes large, the above-described pulse width determination value W43 is set. By using this, contamination of the laser ignition device 11 can be accurately determined.
  • the pulse width determination value W43 is set in consideration of the operating state of the engine 1.
  • the pulse width determination value W43 is set in consideration of the load of the engine 1, the flow rate of exhaust gas recirculated from the exhaust system to the intake system (EGR amount), and the like. This is because the magnitude of the pulse width of the crank angle signal varies depending on the operating state of the engine 1. Therefore, if the same pulse width determination value W43 is used in different operating states, contamination of the laser ignition device 11 is caused. This is because an erroneous determination may occur.
  • a map that defines the pulse width determination value W43 for each operation state of the engine 1 is created, and the contamination determination unit 52 refers to this map and corresponds to the current operation state of the engine 1.
  • the pulse width determination value W43 is adopted.
  • the degree of contamination of the laser ignition device 11 may be further determined.
  • the degree of contamination of the laser ignition device 11 may be determined based on the amount that the pulse width of the crank angle signal acquired by the combustion state related value acquisition unit 51 deviates from the pulse width determination value W43.
  • the combustion of the engine 1 is considered in consideration that the combustion state of the engine 1 changes between when the laser ignition device 11 is contaminated and when it is not contaminated.
  • the combustion state related value related to the state is acquired from the in-cylinder pressure sensor 31, the ion current sensor 33, and the crank angle sensor 35, and contamination of the laser ignition device 11 is determined based on the combustion state related value.
  • contamination of the laser ignition device 11 is determined based on the operation history of the engine 1.
  • a fourth example of the contamination determination method according to the present embodiment includes compression self-ignition combustion, which is combustion by self-ignition (HCCI) of compressed air-fuel mixture, and ignition (SI: Spark). This is applied to the engine 1 as a compression self-ignition gasoline engine that performs ignition combustion that is forced combustion by Inginition), and contamination of the laser ignition device 11 is determined based on the operation history of this compression self-ignition gasoline engine.
  • compression self-ignition combustion combustion by self-ignition (HCCI) of compressed air-fuel mixture
  • SI ignition
  • FIG. 10 an explanation will be given of operation regions in which compression self-ignition combustion and ignition combustion are performed in a compression self-ignition gasoline engine.
  • the horizontal axis indicates the engine speed
  • the vertical axis indicates the engine load.
  • a region R11 indicates an operation region (corresponding to the first operation region) where compression self-ignition combustion (HCCI combustion) is performed
  • a region R12 is an operation region where ignition combustion (SI combustion) is performed. (Corresponding to the second operation region).
  • HCCI combustion compression self-ignition combustion
  • SI combustion ignition combustion
  • the compression ratio of the engine 1 is increased.
  • the compression ratio is high, it is difficult to ignite with a spark ignition plug that uses dielectric breakdown. Therefore, when performing compression self-ignition combustion, it is preferable to use a laser ignition device 11 that ignites using laser light as in the engine 1 shown in FIG.
  • the contamination determination unit 52 of the ECU 50 determines whether or not the laser ignition device 11 is contaminated based on the history of performing the compression self-ignition combustion. . Specifically, the contamination determination unit 52 uniquely determines that the laser ignition device 11 is contaminated when the compression self-ignition combustion is continuously performed for a predetermined time or longer in the engine 1. In one example, the contamination determination unit 52 determines whether or not the compression self-ignition combustion is performed based on the engine speed and the engine load, and determines whether or not the compression self-ignition combustion is continuously performed for a predetermined time or more. To do. In another example, the contamination determination unit 52 determines that the combustion performed without driving the laser ignition device 11 is compression self-ignition combustion, and whether or not the compression self-ignition combustion has been continuously performed for a predetermined time or more. Determine whether.
  • laser output control method for controlling the laser output of the laser ignition device 11 performed by the laser output control unit 53 of the ECU 50 in the embodiment of the present invention.
  • the laser output control unit 53 determines that the laser ignition device 11 is contaminated by the contamination determination unit 52 (any of the first to fourth examples) described above.
  • the laser output of the laser ignition device 11 is increased from the reference laser output set when the laser ignition device 11 is not contaminated.
  • the laser output control unit 53 uses a laser output (hereinafter referred to as “first laser”) that can reliably ignite the air-fuel mixture even in the contaminated laser ignition device 11. Called “output”).
  • first laser a laser output
  • the laser output control unit 53 ensures the air-fuel mixture based on the operating state (engine load, etc.) of the engine 1 and the degree of contamination of the laser ignition device 11 determined by the contamination determination unit 52 as described above. The laser output necessary for igniting is obtained, and the obtained laser output is used as the first laser output.
  • the laser output control unit 53 increases the laser output of the laser ignition device 11 to a high laser output (hereinafter referred to as “second laser output”) that can remove contamination of the laser ignition device 11.
  • second laser output a high laser output
  • dirt attached to a portion (the lens 11d or the like) disposed in the combustion chamber 5 in the laser ignition device 11 It is removed by absorbing and burning.
  • the second laser output is higher than the first laser output, the mixture is surely ignited as in the case of using the first laser output described above.
  • the laser output control unit 53 performs laser ignition based on the operating status (engine load, etc.) of the engine 1 and the degree of contamination of the laser ignition device 11 determined by the contamination determination unit 52 as described above.
  • the laser output necessary for removing the contamination of the apparatus 11 is obtained, and the obtained laser output is used as the second laser output.
  • the contamination determination unit 52 always determines contamination of the laser ignition device 11, and the laser output control unit 53 When the determination unit 52 determines that the laser ignition device 11 is not contaminated, the laser output of the laser ignition device 11 is returned from the second laser output to the reference laser output.
  • the laser output control unit 53 continues to set the laser output of the laser ignition device 11 to the second laser output until the contamination of the laser ignition device 11 is removed, and when the contamination of the laser ignition device 11 is removed, The laser output of the laser ignition device 11 is returned to the reference laser output.
  • pre-ignition may be performed by the laser ignition device 11 using the above-described second laser output before switching from compression self-ignition combustion to ignition combustion.
  • produced in the laser ignition device 11 while implementing compression self-ignition combustion can be removed appropriately.
  • the contamination of the laser ignition device 11 may be naturally removed without setting the laser output of the laser ignition device 11 to the second laser output.
  • the contamination determination unit 52 always determines the contamination of the laser ignition device 11 and the contamination determination unit 52 causes the laser ignition device 11 to be determined.
  • the laser output of the laser ignition device 11 is preferably returned from the first laser output to the reference laser output.
  • FIG. 11 is a flowchart showing a control flow according to the embodiment of the present invention. This flow is repeatedly executed by the ECU 50 at a predetermined cycle.
  • step S1 the combustion state related value acquisition unit 51 of the ECU 50 acquires at least one of in-cylinder pressure, ion current, and crank angle signal as a combustion state related value related to the combustion state of the engine 1.
  • the combustion state related value acquisition unit 51 acquires the in-cylinder pressure (corresponding to the detection signal S31) from the in-cylinder pressure sensor 31, acquires the ionic current (corresponding to the detection signal S33) from the ion current sensor 33, A crank angle signal (corresponding to the detection signal S35) is acquired from the crank angle sensor 35. Then, the process proceeds to step S2.
  • step S2 the contamination determination unit 52 of the ECU 50 determines whether or not the laser ignition device 11 is contaminated.
  • the contamination determination unit 52 performs one of the contamination determination methods according to the first to fourth examples described above to determine whether or not the laser ignition device 11 is contaminated (“2. contamination determination method”). Section).
  • step S3 the process proceeds to step S3.
  • step S2: No the process is complete
  • step S3 the laser output control unit 53 of the ECU 50 increases the laser output of the laser ignition device 11 from the reference laser output set when the laser ignition device 11 is not contaminated.
  • the laser output control unit 53 increases the laser output of the laser ignition device 11 to the first laser output that can reliably ignite the air-fuel mixture even with the contaminated laser ignition device 11.
  • the laser output control unit 53 increases the laser output of the laser ignition device 11 to a second laser output that can remove contamination of the laser ignition device 11. Then, the process proceeds to step S4.
  • step S4 the contamination determination unit 52 of the ECU 50 determines again whether or not the laser ignition device 11 is contaminated in the same manner as in step S2.
  • the process proceeds to step S5.
  • the laser output control unit 53 of the ECU 50 returns the laser output of the laser ignition device 11 to the reference laser output (step S5).
  • the process ends.
  • the laser output control unit 53 maintains a laser output higher than the reference laser output set in step S3 described above.
  • the laser output control unit 53 maintains a laser output higher than the reference laser output until it is determined in step S4 that the laser ignition device 11 is not contaminated, that is, until the contamination of the laser ignition device 11 is removed.
  • the combustion state of the engine 1 changes between when the laser ignition device 11 is contaminated and when it is not contaminated
  • the combustion state of the engine 1 such as the in-cylinder pressure, ion current, and crank angle signal is changed. Since it is determined whether or not the laser ignition device 11 is contaminated based on the related combustion state-related value, contamination of the laser ignition device 11 can be accurately determined.
  • the compression self-ignition gasoline engine in consideration of the fact that the laser ignition device 11 is easily contaminated when the compression self-ignition combustion is performed, the history of the compression self-ignition combustion is performed. Based on this, it is determined whether or not the laser ignition device 11 is contaminated, so that the contamination of the laser ignition device 11 can also be determined accurately.
  • the present embodiment it is possible to cope with contamination of the laser ignition device 11 at an appropriate timing, and it is possible to suppress useless energy consumption.
  • the control for increasing the laser output of the laser ignition device 11 over the reference laser output can be executed only when the laser ignition device 11 is contaminated, and the energy generated by increasing the laser output can be increased. Consumption can be suppressed.
  • the contaminated laser ignition is performed by increasing the laser output of the laser ignition device 11 to the first laser output.
  • the air-fuel mixture can also be reliably ignited by the device 11.
  • the laser output of the laser ignition device 11 is increased to the second laser output by increasing the laser output of the laser ignition device 11. Contamination can be removed appropriately.
  • contamination of the laser ignition device 11 is always determined while the laser light is emitted from the laser ignition device 11 with the second laser output, and the laser ignition device 11 is not contaminated.
  • the laser output is returned from the second laser output to the reference laser output, energy consumption due to continuous use of the second laser output can be suppressed.

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Abstract

　レンズ（１１ｄ）によって集光されたレーザ光を出射するレーザ点火装置（１１）を用いて点火するレーザ点火式エンジンの制御装置（ＥＣＵ（５０））であって、エンジン（１）の燃焼状態に関連する燃焼状態関連値を取得する燃焼状態関連値取得部（５１）と、燃焼状態関連値取得部（５１）によって取得された燃焼状態関連値と、レーザ点火装置（１１）が汚染していない状態でのエンジンの燃焼状態に基づいて規定された燃焼状態判定値とを比較して、レーザ点火装置（１１）が汚染しているか否かを判定する汚染判定部（５２）と、を有する。

Description

レーザ点火式エンジンの制御装置
　本発明は、レーザ点火式エンジンの制御装置に係わり、特に、レンズによって集光されたレーザ光を出射するレーザ点火装置を用いて点火するレーザ点火式エンジンの制御装置に関する。
　従来から、エンジンの点火装置として、レーザ光源によって発生されたレーザ光をレンズで集光し、この集光したレーザ光によって燃焼室内の混合気を点火するレーザ点火装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
特開昭６３－２５３１１１号公報
　上記したようなレーザ点火装置では、レーザ光を燃焼室に導く部品（例えばレンズや光学窓や連通路など）にオイルなどが付着して汚染が発生する場合がある。その場合、汚れによりレーザ光の通過が妨げられて、レーザ点火装置から出射されるレーザ光のエネルギーが低下して、燃焼室内の混合気が点火しにくくなる可能性がある。したがって、レーザ点火装置に汚染が発生した場合には、この汚染に対して何らかの対処を行うのが望ましい。例えば、レーザ点火装置に発生した汚染を除去するための制御（汚染除去制御）を行うとよい。汚染除去制御としては、レーザ点火装置のレーザ出力を増加させる制御などが考えられる。ここで、このような汚染除去制御は、エネルギーを余分に消費するため、レーザ点火装置が汚染している場合にのみ行うのが望ましい。そのためには、レーザ点火装置が汚染しているか否かを的確に判定する必要がある。
　本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、レーザ点火装置が汚染しているか否かを的確に判定し、汚染に対する対処を適切なタイミングで実行することが可能なレーザ点火式エンジンの制御装置を提供することを目的とする。また、本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、レーザ点火装置が汚染している場合に混合気が点火しにくくなることを適切に抑制することが可能なレーザ点火式エンジンの制御装置を提供することを目的とする。
　上記の目的を達成するために、本発明は、レンズによって集光されたレーザ光を出射するレーザ点火装置を用いて点火するレーザ点火式エンジンの制御装置であって、エンジンの燃焼状態に関連する燃焼状態関連値を取得する燃焼状態関連値取得部と、燃焼状態関連値取得部によって取得された燃焼状態関連値と、レーザ点火装置が汚染していない状態でのエンジンの燃焼状態に基づいて規定された燃焼状態判定値とを比較して、レーザ点火装置が汚染しているか否かを判定する汚染判定部と、を有することを特徴とする。
　このように構成された本発明においては、レーザ点火装置の汚染時と非汚染時とでエンジンの燃焼状態が変化することを考慮し、エンジンの燃焼状態に関連する燃焼状態関連値に基づいてレーザ点火装置が汚染しているか否かを判定するので、レーザ点火装置の汚染を的確に判断することができる。したがって、本発明によれば、レーザ点火装置の汚染に対する対処を適切なタイミングで実行することができ、無駄なエネルギーの消費を抑制することが可能となる。
　本発明において、好ましくは、燃焼状態関連値取得部は、エンジンに設けられた筒内圧センサによって検出された筒内圧を燃焼状態関連値として取得し、汚染判定部は、レーザ点火装置が汚染していない状態において燃焼時に得られる筒内圧に基づいて規定された筒内圧判定値を燃焼状態判定値として用い、燃焼状態関連値取得部によって燃焼時に取得された筒内圧が筒内圧判定値以下である場合に、レーザ点火装置が汚染していると判定する。
　このように構成された本発明においては、レーザ点火装置の汚染時には非汚染時よりも冷却損失が大きくなり燃焼時の筒内圧が低下することを考慮して、燃焼時に取得された筒内圧が筒内圧判定値以下である場合にレーザ点火装置が汚染していると判定するので、レーザ点火装置の汚染を的確に判断することができる。
　本発明において、好ましくは、燃焼状態関連値取得部は、エンジンに設けられたイオン電流センサによって検出されたイオン電流を燃焼状態関連値として取得し、汚染判定部は、レーザ点火装置が汚染していない状態においてイオン電流が所定値に達するタイミングに基づいて規定されたタイミング判定値を燃焼状態判定値として用い、燃焼状態関連値取得部によって取得されたイオン電流が所定値に達するタイミングがタイミング判定値よりも遅い場合に、レーザ点火装置が汚染していると判定する、或いは、レーザ点火装置が汚染していない状態において燃焼時に得られるイオン電流に基づいて規定されたイオン電流判定値を燃焼状態判定値として用い、燃焼状態関連値取得部によって燃焼時に取得されたイオン電流がイオン電流判定値以下である場合に、レーザ点火装置が汚染していると判定する。
　このように構成された本発明においては、レーザ点火装置の汚染時には非汚染時よりも着火点がピストン側にずれてイオン電流が検出されるタイミングが遅れることを考慮して、イオン電流が所定値に達するタイミングがタイミング判定値よりも遅い場合にレーザ点火装置が汚染していると判定するので、レーザ点火装置の汚染を的確に判断することができる。或いは、レーザ点火装置の汚染時には非汚染時よりも冷却損失が大きくなりイオン電流が低下することを考慮して、取得されたイオン電流がイオン電流判定値以下である場合にレーザ点火装置が汚染していると判定するので、レーザ点火装置の汚染を的確に判断することができる。
　本発明において、好ましくは、燃焼状態関連値取得部は、エンジンに設けられたクランクアングルセンサからのクランクアングル信号を燃焼状態関連値として取得し、汚染判定部は、レーザ点火装置が汚染していない状態において燃焼時に得られるクランクアングル信号のパルス幅に基づいて規定されたパルス幅判定値を燃焼状態判定値として用い、燃焼状態関連値取得部によって燃焼時に取得されたクランクアングル信号のパルス幅がパルス幅判定値以上である場合に、レーザ点火装置が汚染していると判定する。
　このように構成された本発明においては、レーザ点火装置の汚染時には非汚染時よりも冷却損失が大きくなり燃焼時のクランクアングル信号のパルス幅が大きくなることを考慮して、燃焼時に取得されたクランクアングル信号のパルス幅がパルス幅判定値以上である場合にレーザ点火装置が汚染していると判定するので、レーザ点火装置の汚染を的確に判断することができる。
　また、上記の目的を達成するために、本発明は、レンズによって集光されたレーザ光を出射するレーザ点火装置を用いて点火するレーザ点火式エンジンの制御装置であって、レーザ点火装置が汚染しているか否かを判定する汚染判定部と、汚染判定部によってレーザ点火装置が汚染していないと判定された場合には、レーザ点火装置のレーザ出力を基準レーザ出力に設定し、汚染判定部によってレーザ点火装置が汚染していると判定された場合には、レーザ点火装置のレーザ出力を少なくとも基準レーザ出力よりも増加させるレーザ出力制御部と、を有することを特徴とする。
　このように構成された本発明においては、レーザ点火装置が汚染していると判定された場合に、レーザ点火装置のレーザ出力を、レーザ点火装置が汚染していない場合に用いる基準レーザ出力よりも増加させるので、燃焼室内の混合気を確実に点火させることができる。
　本発明において、好ましくは、エンジンは、所定の第１運転領域においては混合気の自着火による燃焼である圧縮自己着火燃焼を行い、この第１運転領域とは異なる第２運転領域においてはレーザ点火装置の点火による強制燃焼である点火燃焼を行う圧縮自己着火式ガソリンエンジンであり、汚染判定部は、エンジンにおいて圧縮自己着火燃焼が所定時間以上継続して行われた場合に、レーザ点火装置が汚染していると判定する。
　このように構成された本発明においては、圧縮自己着火式ガソリンエンジンにおいて、圧縮自己着火燃焼を実施した場合にはレーザ点火装置が汚染しやすいことを考慮し、圧縮自己着火燃焼が所定時間以上継続して行われた場合にレーザ点火装置が汚染していると判定するので、レーザ点火装置の汚染を的確に判断することができる。したがって、本発明によれば、レーザ点火装置のレーザ出力を基準レーザ出力よりも増加させる制御を適切なタイミングで実行することができ、無駄なエネルギーの消費を抑制することが可能となる。
　本発明において、好ましくは、レーザ出力制御部は、汚染判定部によってレーザ点火装置が汚染していると判定された場合に、レーザ点火装置のレーザ出力を、レーザ点火装置の汚染を除去可能なレーザ出力まで増加させ、レーザ点火装置の汚染を除去した後に、レーザ点火装置のレーザ出力を基準レーザ出力に戻す。
　このように構成された本発明においては、レーザ点火装置が汚染していると判定された場合に、汚染を除去可能な高いレーザ出力にまでレーザ点火装置のレーザ出力を増加させることにより、レーザ点火装置の汚染を適切に除去することができる。また、本発明によれば、レーザ点火装置の汚染を除去した後にレーザ出力を基準レーザ出力に戻すので、高いレーザ出力を継続して用いることによる無駄なエネルギーの消費を抑制することができる。
　本発明において、好ましくは、更に、エンジンの燃焼状態に関連する燃焼状態関連値を取得する燃焼状態関連値取得部を有し、汚染判定部は、燃焼状態関連値取得部によって取得された燃焼状態関連値と、レーザ点火装置が汚染していない状態でのエンジンの燃焼状態に基づいて規定された燃焼状態判定値とを比較して、レーザ点火装置が汚染しているか否かを判定する。
　このように構成された本発明においては、レーザ点火装置の汚染時と非汚染時とでエンジンの燃焼状態が変化することを考慮し、エンジンの燃焼状態に関連する燃焼状態関連値に基づいてレーザ点火装置が汚染しているか否かを判定するので、レーザ点火装置の汚染を的確に判断することができる。したがって、本発明によれば、レーザ点火装置のレーザ出力を基準レーザ出力よりも増加させる制御を適切なタイミングで実行することができ、無駄なエネルギーの消費を抑制することが可能となる。
　本発明のレーザ点火式エンジンの制御装置によれば、レーザ点火装置が汚染しているか否かを的確に判定し、汚染に対する対処を適切なタイミングで実行することができる。また、本発明のレーザ点火式エンジンの制御装置によれば、レーザ点火装置が汚染している場合に混合気が点火しにくくなることを適切に抑制することができる。
本発明の実施形態によるエンジンの概略構成図である。 図２（Ａ）は、本発明の実施形態によるエンジンを上方から見た斜視図であり、図２（Ｂ）は、このエンジンの部分断面図である。 本発明の実施形態によるレーザ点火装置を概略的に示した平面図である。 本発明の実施形態によるレーザ点火装置が汚染した場合にエンジンの燃焼状態が変化する理由の説明図であって、レーザ点火装置及びピストンの一部分の拡大図である。 本発明の実施形態によるレーザ点火装置の汚染時及び非汚染時に得られた筒内圧の具体例を示す図である。 本発明の実施形態による汚染判定方法の第１の例の説明図である。 本発明の実施形態による汚染判定方法の第２の例の説明図である。 本発明の実施形態による汚染判定方法の第２の例における他の例の説明図である。 本発明の実施形態による汚染判定方法の第３の例の説明図である。 圧縮自己着火式ガソリンエンジンにおいて圧縮自己着火燃焼及び点火燃焼のそれぞれが行われる運転領域の説明図である。 本発明の実施形態による制御フローを示すフローチャートである。
　以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるレーザ点火式エンジンの制御装置について説明する。
１．装置構成
　まず、図１、図２（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、本発明の実施形態によるレーザ点火式エンジンの制御装置が適用されたエンジンの構成について説明する。図１は、本発明の実施形態によるエンジンの概略構成図であり、図２（Ａ）は、このエンジンを上方から見た斜視図であり（一部を透視して示している）、図２（Ｂ）は、このエンジンの部分断面図である。
　なお、図１では、左に吸気側を示し、右に排気側を示しているが、図２（Ａ）及び（Ｂ）では、図１とは逆に、右に吸気側を示し、左に排気側を示している。また、図２（Ａ）及び（Ｂ）では、説明の便宜上、エンジンの構成要素の図示を適宜省略している。
　図１に示すように、エンジン１は、吸気通路３から吸気（空気）が供給され、この吸気と燃料との混合気を燃焼させて車両の動力を発生し、この燃焼により発生した排気ガスを排気通路２１から排出する内燃機関である。例えば、エンジン１は、ガソリンエンジンである。
　具体的には、エンジン１は、主に、吸気通路３から供給された吸気を燃焼室５内に導入するための吸気バルブ７と（図２（Ｂ）参照、図２（Ａ）では不図示）、燃焼室５に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁９と（図２（Ａ）及び（Ｂ）参照）、レーザ光を出射することにより、燃焼室５内に供給された吸気と燃料との混合気に点火するレーザ点火装置１１と（図２（Ａ）及び（Ｂ）参照）、燃焼室５内での混合気の燃焼により往復運動するピストン１３と、このピストン１３に一端が接続されたコンロッド１５と、このコンロッド１５の他端が接続され、ピストン１３の往復運動により回転されるクランクシャフト１７と、燃焼室５内での混合気の燃焼により発生した排気ガスを排気通路２１へ排出するための排気バルブ１９と（図２（Ｂ）参照、図２（Ａ）では不図示）、を有する。
　また、エンジン１には、筒内の圧力である筒内圧を検出し、この筒内圧に応じた検出信号Ｓ３１を出力する筒内圧センサ３１と、筒内に発生したイオン電流（燃焼時に発生するものである）を検出し、このイオン電流に応じた検出信号Ｓ３３を出力するイオン電流センサ３３と、クランクシャフト１７の回転角度に相当するクランクアングルを検出し、このクランクアングルに応じた検出信号Ｓ３５を出力するクランクアングルセンサ３５と、が設けられている。詳しくは、クランクアングルセンサ３５は、クランクアングルに応じたパルス状の信号（以下では適宜「クランクアングル信号」と呼ぶ。）を、検出信号Ｓ３５として出力する。
　また、エンジン１は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０によって種々の制御が行われる。ＥＣＵ５０は、機能的には、燃焼状態関連値取得部５１、汚染判定部５２、及びレーザ出力制御部５３を有する。
　ＥＣＵ５０の燃焼状態関連値取得部５１は、筒内圧センサ３１が検出した筒内圧（検出信号Ｓ３１に対応する）、イオン電流センサ３３が検出したイオン電流（検出信号Ｓ３３に対応する）、及び、クランクアングルセンサ３５が検出したクランクアングル（クランクアングル信号としての検出信号Ｓ３５に対応する）のうちの少なくとも１以上を、エンジン１の燃焼状態を指し示す燃焼状態関連値として取得する。
　ＥＣＵ５０の汚染判定部５２は、このように燃焼状態関連値取得部５１によって取得された燃焼状態関連値に基づいて、レーザ点火装置１１が汚染しているか否かを判定する。
ＥＣＵ５０のレーザ出力制御部５３は、汚染判定部５２による判定結果に応じて、レーザ点火装置１１のレーザ出力を制御する。この場合、レーザ出力制御部５３は、レーザ点火装置１１に対して制御信号Ｓ１１を供給することで、レーザ出力を制御する。
　以上説明したように、ＥＣＵ５０は、本発明における「レーザ点火式エンジンの制御装置」に相当する。
　なお、ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ、ＣＰＵ上で解釈実行される各種のプログラム（ＯＳなどの基本制御プログラムや、ＯＳ上で起動され特定機能を実現するアプリケーションプログラムを含む）、及びプログラムや各種のデータを格納するためのＲＯＭやＲＡＭの如き内部メモリを備えるコンピュータにより構成される。
　次に、図３を参照して、本発明の実施形態によるレーザ点火装置１１について具体的に説明する。図３は、本発明の実施形態によるレーザ点火装置１１を概略的に示した平面図である。
　図３に示すように、レーザ点火装置１１は、主に、レーザ光を発振する、半導体レーザなどのレーザ光源１１ａと、このレーザ光源１１ａから発振されたレーザ光を外部に出射するレーザ出射部１１ｃと、を有する。具体的には、レーザ出射部１１ｃは、その先端部付近に集光レンズとしてのレンズ１１ｄが設けられており、レーザ光源１１ａから発振された平行光としてのレーザ光を、レンズ１１ｄによって集光させたレーザ光を外部に出射する。このレンズ１１ｄは、レーザ点火装置１１の外部の位置にレーザ光を集光する、つまりレーザ点火装置１１の外部に焦点を形成するように構成されている。
２．汚染判定方法
　次に、本発明の実施形態においてＥＣＵ５０の汚染判定部５２が行う、レーザ点火装置１１の汚染を判定する方法（汚染判定方法）について説明する。
　前述したように、レーザ点火装置１１では、燃焼室５内に配置された部分（例えばレンズ１１ｄなど）にオイルなどの汚れが付着する汚染が発生する場合がある。このようにレーザ点火装置１１が汚染した場合（例えばレンズ１１ｄが汚れた場合）、汚れによりレーザ光の通過が妨げられることで、レーザ点火装置１１が汚染していない場合と比べて、エンジン１の燃焼状態が変化する傾向にある。
　図４を参照して、レーザ点火装置１１が汚染した場合にエンジン１の燃焼状態が変化する理由について具体的に説明する。図４は、本発明の実施形態によるエンジン１の一部分、具体的にはレーザ点火装置１１及びピストン１３の一部分の拡大図である。
　図４に示すように、レーザ点火装置１１が汚染していない場合には、レーザ点火装置１１から出射されたレーザ光によって、位置Ｐ１１において着火する、つまり位置Ｐ１１が着火点となる。一方で、レーザ点火装置１１が汚染している場合には、レンズ１１ｄなどに付着したオイルなどの汚れによりレーザ光の通過が妨げられて、レーザ点火装置１１から出射されるレーザ光のエネルギーが低下するため、図４中の矢印Ａ１に示すように、レーザ点火装置１１が汚染していない場合の着火点Ｐ１１からピストン１３側（言い換えるとレンズ１１ｄの焦点側）に近付いた位置Ｐ１２において着火することとなる。なお、レーザ点火装置１１の汚染の度合いが大きい場合には、着火しない場合もある、つまり失火する場合もある。
　このようなことから、レーザ点火装置１１が汚染している場合には、レーザ点火装置１１が汚染していない場合と比べて、エンジン１の燃焼状態が変化するのである。したがって、本実施形態では、エンジン１の燃焼状態に基づいて、レーザ点火装置１１の汚染を判定する。具体的には、ＥＣＵ５０の燃焼状態関連値取得部５１が、エンジン１の燃焼状態を指し示す燃焼状態関連値を取得して、ＥＣＵ５０の汚染判定部５２が、この燃焼状態関連値に基づいて、レーザ点火装置１１が汚染しているか否かを判定する。この場合、レーザ点火装置１１が汚染していない状態でのエンジン１の燃焼状態に基づいて、燃焼状態関連値を判定するための燃焼状態判定値を事前に規定しておき、汚染判定部５２は、燃焼状態関連値取得部５１によって取得された燃焼状態関連値がこの燃焼状態判定値から乖離している場合に、レーザ点火装置１１が汚染していると判定する。
　以下では、本発明の実施形態による汚染判定方法の具体例について説明する。
２－１．汚染判定方法の第１の例
　まず、本実施形態による汚染判定方法の第１の例について説明する。その概要を述べると、第１の例では、ＥＣＵ５０の燃焼状態関連値取得部５１は、筒内圧センサ３１によって検出された筒内圧を燃焼状態関連値として取得し、ＥＣＵ５０の汚染判定部５２は、レーザ点火装置１１が汚染していない状態において燃焼時に得られる筒内圧に基づいて規定された筒内圧判定値を燃焼状態判定値として用い、燃焼状態関連値取得部５１によって燃焼時に取得された筒内圧とこの筒内圧判定値とを比較して、レーザ点火装置１１が汚染しているか否かを判定する。
　ここで、図５（Ａ）～（Ｄ）を参照して、レーザ点火装置１１の汚染時及び非汚染時に実際に得られた筒内圧の具体例を示して、レーザ点火装置１１の汚染時と非汚染時における筒内圧の違いについて説明する。
　図５（Ａ）は、レーザ点火装置１１の非汚染時における、クランクアングルに対する筒内圧の変化を６０サイクル分重ねて示しており、図５（Ｂ）は、レーザ点火装置１１の非汚染時における、６０サイクルの各々の図示トルクを示している。他方で、図５（Ｃ）は、レーザ点火装置１１の汚染時における、クランクアングルに対する筒内圧の変化を６０サイクル分重ねて示しており、図５（Ｄ）は、レーザ点火装置１１の汚染時における、６０サイクルの各々の図示トルクを示している。
　なお、図５（Ａ）～（Ｄ）は、エンジン回転数及びエンジン負荷を一定とした場合に得られた結果の例を示している。また、図５（Ｃ）及び（Ｄ）は、レーザ点火装置１１の汚染の度合いが比較的大きい場合に得られた結果の例を示している。また、図５（Ａ）及び（Ｃ）中の符号ＣＡ１で示すクランクアングルの範囲において、エンジン１において燃焼が発生したものとする。
　図５（Ａ）及び（Ｂ）に示す結果と、図５（Ｃ）及び（Ｄ）に示す結果とを比較すると、レーザ点火装置１１の非汚染時と汚染時とで燃焼時における筒内圧が異なっていることがわかる。具体的には、レーザ点火装置１１の汚染時には、レーザ点火装置１１の非汚染時よりも燃焼時における筒内圧が低いサイクルが発生していることがわかる。特に図５（Ｄ）に示すように（破線領域参照）、レーザ点火装置１１の汚染時には、失火が発生しているサイクルが存在していることがわかる。
　本実施形態による汚染判定方法の第１の例では、図５（Ａ）～（Ｄ）に示したような、レーザ点火装置１１の汚染時と非汚染時における燃焼時の筒内圧の違いを考慮して、筒内圧に基づいてレーザ点火装置１１の汚染を判定する。
　次に、図６を参照して、本実施形態による汚染判定方法の第１の例について具体的に説
明する。
　図６において、実線で表したグラフＧ１１は、レーザ点火装置１１の非汚染時における、クランクアングルに対する筒内圧の変化の一例を示しており、破線で表したグラフＧ１２は、レーザ点火装置１１の汚染時における、クランクアングルに対する筒内圧の変化の一例を示している。このグラフＧ１２は、レーザ点火装置１１の汚染の度合いが比較的小さい場合（具体的には図５（Ｃ）及び（Ｄ）に示した場合よりも汚染の度合いが小さい場合）に得られた筒内圧を示している。
　図６中の矢印Ａ１１に示すように、レーザ点火装置１１の汚染時には、レーザ点火装置１１の非汚染時よりも、燃焼時（クランクアングルＣＡ１１付近）における筒内圧が低くなる傾向にある。こうなるのは、レーザ点火装置１１の汚染時には、レーザ点火装置１１の非汚染時よりもピストン１３側に近付いた位置で着火するため（図４参照）、着火による火炎がピストン１３に接触するタイミングが早くなり冷却損失が大きくなることで、筒内圧が低下するからである。
　したがって、本実施形態による汚染判定方法の第１の例では、レーザ点火装置１１の非汚染時において燃焼時に得られる筒内圧に基づいて筒内圧判定値を設定しておき、筒内圧センサ３１によって燃焼時に実際に検出された筒内圧がこの筒内圧判定値以下である場合に、レーザ点火装置１１が汚染していると判定する。具体的には、図６に示すように、レーザ点火装置１１の非汚染時において燃焼時に対応するクランクアングルＣＡ１１で得られる筒内圧ＣＰ１１に基づき、この筒内圧ＣＰ１１よりも所定値だけ小さい筒内圧ＣＰ１２を筒内圧判定値として設定しておく。そして、ＥＣＵ５０の汚染判定部５２は、燃焼時に対応するクランクアングルＣＡ１１においてＥＣＵ５０の燃焼状態関連値取得部５１によって取得された筒内圧（つまり筒内圧センサ３１によって検出された筒内圧）が、筒内圧判定値ＣＰ１２以下である場合に、レーザ点火装置１１が汚染していると判定する。
　なお、筒内圧判定値ＣＰ１２は、エンジン１の運転状態も考慮して設定される。例えば、エンジン１の負荷や、排気系から吸気系に還流させた排気ガスの流量（ＥＧＲ量）などを考慮して、筒内圧判定値ＣＰ１２が設定される。こうするのは、エンジン１の運転状態に応じて筒内圧の大きさが変動するため、異なる運転状態において同じ値の筒内圧判定値ＣＰ１２を用いると、レーザ点火装置１１の汚染を誤判定してしまう場合があるからである。１つの例では、エンジン１の運転状態ごとに筒内圧判定値ＣＰ１２を規定したマップを作成しておき、汚染判定部５２は、このマップを参照して、現在のエンジン１の運転状態に応じた筒内圧判定値ＣＰ１２を採用する。
　なお、上記した第１の例では、レーザ点火装置１１が汚染しているか否かを判定していたが、これだけでなく、レーザ点火装置１１が汚染している度合いを更に判定してもよい。例えば、燃焼状態関連値取得部５１によって取得された筒内圧が筒内圧判定値ＣＰ１２から乖離している量に基づいて、レーザ点火装置１１が汚染している度合いを判定するとよい。
２－２．汚染判定方法の第２の例
　次に、本実施形態による汚染判定方法の第２の例について説明する。その概要を述べると、第２の例では、ＥＣＵ５０の燃焼状態関連値取得部５１は、イオン電流センサ３３によって検出されたイオン電流を燃焼状態関連値として取得し、ＥＣＵ５０の汚染判定部５２は、レーザ点火装置１１が汚染していない状態においてイオン電流が所定値に達するタイミングに基づいて規定されたタイミング判定値を燃焼状態判定値として用い、燃焼状態関連値取得部５１によって実際に取得されたイオン電流が当該所定値に達するタイミングとタイミング判定値とを比較して、レーザ点火装置１１が汚染しているか否かを判定する。
　図７を参照して、このような本実施形態による汚染判定方法の第２の例について具体的に説明する。図７において、実線で表したグラフＧ２１は、レーザ点火装置１１の非汚染時におけるイオン電流の時間変化の一例を示しており、破線で表したグラフＧ２２は、レーザ点火装置１１の汚染時におけるイオン電流の時間変化の一例を示している。このグラフＧ２２は、レーザ点火装置１１の汚染の度合いが比較的小さい場合に得られたイオン電流を示している。
　図７に示すように、レーザ点火装置１１の非汚染時には、タイミングＴ２１において、イオン電流が所定値ＩＣ２（例えば燃焼によりイオン電流がある程度上昇した際の値）に達するのに対して、レーザ点火装置１１の汚染時には、タイミングＴ２１よりも後のタイミングＴ２２において、イオン電流が所定値ＩＣ２に達する（なお、タイミングＴ２１、Ｔ２２は、例えばクランクアングルが圧縮トップとなっているタイミングなどを基準として規定される。後述するＴ２３も同様である。）。つまり、図７中の矢印Ａ２１に示すように、レーザ点火装置１１の汚染時には、レーザ点火装置１１の非汚染時よりも、イオン電流が所定値ＩＣ２に達するタイミングが遅れる傾向にある。こうなるのは、レーザ点火装置１１の汚染時には、レーザ点火装置１１の非汚染時よりもピストン１３側に近付いた位置で着火するため（図４参照）、着火による火炎がイオン電流センサ３３に到達するまでに時間がかかるからである。
　したがって、本実施形態による汚染判定方法の第２の例では、レーザ点火装置１１の非汚染時においてイオン電流が所定値ＩＣ２に達するタイミングＴ２１に基づき、このタイミングＴ２１から所定時間だけ遅らせたタイミングＴ２３をタイミング判定値として設定しておく。そして、ＥＣＵ５０の汚染判定部５２は、ＥＣＵ５０の燃焼状態関連値取得部５１によって取得されたイオン電流（つまりイオン電流センサ３３によって検出されたイオン電流）が所定値ＩＣ２に達するタイミングが、タイミング判定値Ｔ２３よりも遅い場合に、レーザ点火装置１１が汚染していると判定する。
　なお、レーザ点火装置１１の汚染の度合いが大きい場合にはイオン電流が所定値ＩＣ２にそもそも達しない可能性があるが（この場合にはイオン電流が所定値ＩＣ２に達するタイミングが得られない）、そのようにイオン電流が所定値ＩＣ２に達しない場合には、レーザ点火装置１１が汚染していると判定するのがよい。
　ここで、本実施形態による汚染判定方法の第２の例における他の例について説明する。第２の例における他の例では、上記したタイミング判定値Ｔ２３の代わりに、レーザ点火装置１１の非汚染時に得られるイオン電流に基づいて規定されたイオン電流判定値を、燃焼状態判定値として用い、燃焼状態関連値取得部５１によって取得されたイオン電流とこのイオン電流判定値とを比較して、レーザ点火装置１１が汚染しているか否かを判定する。
　図８を参照して、上記した本実施形態による汚染判定方法の第２の例における他の例について具体的に説明する。図８において、実線で表したグラフＧ３１は、レーザ点火装置１１の非汚染時におけるイオン電流の時間変化の一例を示しており、破線で表したグラフＧ３２は、レーザ点火装置１１の汚染時におけるイオン電流の時間変化の一例を示している。このグラフＧ３２は、レーザ点火装置１１の汚染の度合いがかなり大きい場合（具体的には図７に示した場合よりも汚染の度合いがかなり大きい場合）に得られたイオン電流を示している。
　図８に示すように、レーザ点火装置１１の汚染時には、レーザ点火装置１１の非汚染時よりもイオン電流が低くなる。より詳しくは、この場合には、レーザ点火装置１１の汚染の度合いがかなり大きいため、エンジン１において失火が発生しており、イオン電流センサ３３によってイオン電流がほとんど検出されない。
　本実施形態による汚染判定方法の第２の例における他の例では、図８に示すように、レーザ点火装置１１の非汚染時において燃焼時に得られるイオン電流よりも所定値だけ小さい値をイオン電流判定値ＩＣ３として設定しておき、ＥＣＵ５０の汚染判定部５２は、ＥＣＵ５０の燃焼状態関連値取得部５１によって燃焼時に取得されたイオン電流（つまりイオン電流センサ３３によって検出されたイオン電流）がこのイオン電流判定値ＩＣ３以下である場合に、レーザ点火装置１１が汚染していると判定する。例えば、イオン電流判定値ＩＣ３は、レーザ点火装置１１の非汚染時において燃焼時の所定のタイミングで得られるイオン電流よりも所定値だけ小さい値に設定され、汚染判定部５２は、燃焼状態関連値取得部５１によってこの所定のタイミングで取得されたイオン電流がイオン電流判定値ＩＣ３以下である場合に、レーザ点火装置１１が汚染していると判定する。
　なお、第２の例で用いるタイミング判定値Ｔ２３及びイオン電流判定値ＩＣ３は、エンジン１の運転状態も考慮して設定される。例えば、エンジン１の負荷や、排気系から吸気系に還流させた排気ガスの流量（ＥＧＲ量）などを考慮して、タイミング判定値Ｔ２３及びイオン電流判定値ＩＣ３が設定される。こうするのは、エンジン１の運転状態に応じてイオン電流の大きさが変動するため、異なる運転状態において同じ値のタイミング判定値Ｔ２３及びイオン電流判定値ＩＣ３を用いると、レーザ点火装置１１の汚染を誤判定してしまう場合があるからである。１つの例では、エンジン１の運転状態ごとにタイミング判定値Ｔ２３及びイオン電流判定値ＩＣ３を規定したマップを作成しておき、汚染判定部５２は、このマップを参照して、現在のエンジン１の運転状態に応じたタイミング判定値Ｔ２３及びイオン電流判定値ＩＣ３を採用する。
　また、上記した第２の例では、レーザ点火装置１１が汚染しているか否かを判定していたが、これだけでなく、レーザ点火装置１１が汚染している度合いを更に判定してもよい。例えば、燃焼状態関連値取得部５１によって取得されたイオン電流が所定値ＩＣ２に達するタイミングがタイミング判定値Ｔ２３から乖離している量、或いは、燃焼状態関連値取得部５１によって取得されたイオン電流がイオン電流判定値ＩＣ３から乖離している量に基づいて、レーザ点火装置１１が汚染している度合いを判定するとよい。
２－３．汚染判定方法の第３の例
　次に、本実施形態による汚染判定方法の第３の例について説明する。その概要を述べると、第３の例では、ＥＣＵ５０の燃焼状態関連値取得部５１は、クランクアングルセンサ３５からのクランクアングル信号を燃焼状態関連値として取得し、ＥＣＵ５０の汚染判定部５２は、レーザ点火装置１１が汚染していない状態において燃焼時に得られるクランクアングル信号のパルス幅に基づいて規定されたパルス幅判定値を燃焼状態判定値として用い、燃焼状態関連値取得部５１によって燃焼時に取得されたクランクアングル信号のパルス幅とこのパルス幅判定値とを比較して、レーザ点火装置１１が汚染しているか否かを判定する。
　図９を参照して、このような本実施形態による汚染判定方法の第３の例について具体的に説明する。図９において、実線で表したグラフＧ４１は、レーザ点火装置１１の非汚染時における燃焼時のクランクアングル信号の一例を示しており、破線で表したグラフＧ４２は、レーザ点火装置１１の汚染時における燃焼時のクランクアングル信号の一例を示している。
　図９に示すように、レーザ点火装置１１の非汚染時には、燃焼時のクランクアングル信号はパルス幅Ｗ４１を有しているのに対して、レーザ点火装置１１の汚染時には、燃焼時のクランクアングル信号は、パルス幅Ｗ４１よりも大きいパルス幅Ｗ４２となっている。つまり、レーザ点火装置１１の汚染時には、レーザ点火装置１１の非汚染時よりもクランクアングル信号のパルス幅が大きくなる。こうなるのは、レーザ点火装置１１の汚染時には、レーザ点火装置１１の非汚染時よりもピストン１３側に近付いた位置で着火するため（図４参照）、着火による火炎がピストン１３に接触するタイミングが早くなり冷却損失が大きくなることで、クランクシャフト１７の回転速度が遅くなったからである。
　したがって、本実施形態による汚染判定方法の第３の例では、図９に示すように、レーザ点火装置１１が汚染していない状態において燃焼時に得られるクランクアングル信号のパルス幅Ｗ４１に基づき、このパルス幅Ｗ４１よりも所定値だけ大きいパルス幅Ｗ４３をパルス幅判定値として設定しておく。そして、ＥＣＵ５０の汚染判定部５２は、ＥＣＵ５０の燃焼状態関連値取得部５１によって取得されたクランクアングル信号（つまりクランクアングルセンサ３５からのクランクアングル信号）のパルス幅がこのパルス幅判定値Ｗ４３以上である場合に、レーザ点火装置１１が汚染していると判定する。なお、レーザ点火装置１１の汚染の度合いが大きい場合には失火する可能性があるが、この場合には、取得されるクランクアングル信号のパルス幅が大きくなるため、上記したパルス幅判定値Ｗ４３を用いて、このレーザ点火装置１１の汚染を的確に判定することができる。
　なお、パルス幅判定値Ｗ４３は、エンジン１の運転状態も考慮して設定される。例えば、エンジン１の負荷や、排気系から吸気系に還流させた排気ガスの流量（ＥＧＲ量）などを考慮して、パルス幅判定値Ｗ４３が設定される。こうするのは、エンジン１の運転状態に応じてクランクアングル信号のパルス幅の大きさが変動するため、異なる運転状態において同じ値のパルス幅判定値Ｗ４３を用いると、レーザ点火装置１１の汚染を誤判定してしまう場合があるからである。１つの例では、エンジン１の運転状態ごとにパルス幅判定値Ｗ４３を規定したマップを作成しておき、汚染判定部５２は、このマップを参照して、現在のエンジン１の運転状態に応じたパルス幅判定値Ｗ４３を採用する。
　なお、上記した第３の例では、レーザ点火装置１１が汚染しているか否
かを判定していたが、これだけでなく、レーザ点火装置１１が汚染している度合いを更に判定してもよい。例えば、燃焼状態関連値取得部５１によって取得されたクランクアングル信号のパルス幅がパルス幅判定値Ｗ４３から乖離している量に基づいて、レーザ点火装置１１が汚染している度合いを判定するとよい。
２－４．汚染判定方法の第４の例
　次に、本実施形態による汚染判定方法の第４の例について説明する。上述した本実施形態による汚染判定方法の第１～第３の例では、レーザ点火装置１１の汚染時と非汚染時とでエンジン１の燃焼状態が変化することを考慮して、エンジン１の燃焼状態に関連する燃焼状態関連値を筒内圧センサ３１やイオン電流センサ３３やクランクアングルセンサ３５から取得して、この燃焼状態関連値に基づいてレーザ点火装置１１の汚染を判定していた。
　これに対して、本実施形態による汚染判定方法の第４の例では、エンジン１の運転履歴に基づいてレーザ点火装置１１の汚染を判定する。つまり、本実施形態による汚染判定方法の第４の例では、センシングによってレーザ点火装置１１の汚染を判定するのではなく、レーザ点火装置１１の汚染を生じさせる要因となったエンジン１の運転履歴に基づいて、レーザ点火装置１１の汚染を判定する。具体的には、本実施形態による汚染判定方法の第４の例は、圧縮した混合気の自着火（ＨＣＣＩ：Homogeneous-Charge Compression Ignition）による燃焼である圧縮自己着火燃焼と、点火（ＳＩ：Spark Inginition）による強制燃焼である点火燃焼とを実施する圧縮自己着火式ガソリンエンジンとしてのエンジン１に適用され、この圧縮自己着火式ガソリンエンジンの運転履歴に基づいてレーザ点火装置１１の汚染を判定する。
　図１０を参照して、圧縮自己着火式ガソリンエンジンにおいて圧縮自己着火燃焼及び点火燃焼のそれぞれが行われる運転領域について説明する。図１０は、横軸にエンジン回転数を示し、縦軸にエンジン負荷を示している。図１０において、領域Ｒ１１は、圧縮自己着火燃焼（ＨＣＣＩ燃焼）が行われる運転領域（第１運転領域に相当する）を示しており、領域Ｒ１２は、点火燃焼（ＳＩ燃焼）が行われる運転領域（第２運転領域に相当する）を示している。ここで、圧縮自己着火燃焼を行う場合、エンジン１の圧縮比を高めるが、圧縮比が高いと、絶縁破壊を利用する火花点火プラグでは点火させにくい。そのため、圧縮自己着火燃焼を行う場合には、図１に示したエンジン１のように、レーザ光を用いて点火させるレーザ点火装置１１を用いるのが好適である。
　上記のような圧縮自己着火燃焼を行った場合、燃焼温度が低いため、レーザ点火装置１１が汚染しやすい。したがって、本実施形態による汚染判定方法の第４の例では、ＥＣＵ５０の汚染判定部５２は、圧縮自己着火燃焼を実施した履歴に基づいて、レーザ点火装置１１が汚染しているか否かを判定する。具体的には、汚染判定部５２は、エンジン１において圧縮自己着火燃焼が所定時間以上継続して実施された場合に、一義的に、レーザ点火装置１１が汚染していると判定する。１つの例では、汚染判定部５２は、エンジン回転数及びエンジン負荷に基づいて圧縮自己着火燃焼の実施を判断して、この圧縮自己着火燃焼が所定時間以上継続して実施されたか否かを判定する。他の例では、汚染判定部５２は、レーザ点火装置１１を駆動させずに行われた燃焼を圧縮自己着火燃焼と判断して、この圧縮自己着火燃焼が所定時間以上継続して実施されたか否かを判定する。
３．レーザ出力制御方法
　次に、本発明の実施形態においてＥＣＵ５０のレーザ出力制御部５３が行う、レーザ点火装置１１のレーザ出力を制御する方法（レーザ出力制御方法）について説明する。本実施形態では、レーザ出力制御部５３は、汚染判定部５２が上記した汚染判定方法（第１～第４の例のいずれか）によってレーザ点火装置１１が汚染していると判定した場合に、レーザ点火装置１１のレーザ出力を、レーザ点火装置１１が汚染していない場合に設定する基準レーザ出力よりも増加させる。
　１つの例では、レーザ出力制御部５３は、レーザ点火装置１１のレーザ出力を、汚染しているレーザ点火装置１１でも混合気を確実に点火させることが可能なレーザ出力（以下では「第１レーザ出力」と呼ぶ。）にまで増加させる。この場合、レーザ出力制御部５３は、エンジン１の運転状況（エンジン負荷など）や、上記したように汚染判定部５２によって判定されたレーザ点火装置１１の汚染度合いなどに基づいて、混合気を確実に点火させるのに必要なレーザ出力を求めて、この求めたレーザ出力を第１レーザ出力として用いる。
　他の例では、レーザ出力制御部５３は、レーザ点火装置１１のレーザ出力を、レーザ点火装置１１の汚染を除去可能な高いレーザ出力（以下では「第２レーザ出力」と呼ぶ。）にまで増加させる。このような高出力の第２レーザ出力にてレーザ点火装置１１からレーザ光を出射させると、レーザ点火装置１１において燃焼室５内に配置された部分（レンズ１１ｄなど）に付着した汚れが、光を吸収して燃焼することにより除去される。この場合、基本的には第２レーザ出力は第１レーザ出力よりも高いので、上記した第１レーザ出力を用いた場合と同様に、混合気は確実に点火されることとなる。
　具体的には、レーザ出力制御部５３は、エンジン１の運転状況（エンジン負荷など）や、上記したように汚染判定部５２によって判定されたレーザ点火装置１１の汚染度合いなどに基づいて、レーザ点火装置１１の汚染を除去するのに必要なレーザ出力を求めて、この求めたレーザ出力を第２レーザ出力として用いる。また、このような第２レーザ出力にてレーザ点火装置１１からレーザ光を出射させている間に、汚染判定部５２にレーザ点火装置１１の汚染を常時判定させ、レーザ出力制御部５３は、汚染判定部５２によってレーザ点火装置１１が汚染していないと判定された際に、レーザ点火装置１１のレーザ出力を第２レーザ出力から基準レーザ出力へと戻す。つまり、レーザ出力制御部５３は、レーザ点火装置１１の汚染が除去されるまで、レーザ点火装置１１のレーザ出力を第２レーザ出力に設定し続け、レーザ点火装置１１の汚染が除去されると、レーザ点火装置１１のレーザ出力を基準レーザ出力に戻す。
　なお、圧縮自己着火式ガソリンエンジンにおいて、圧縮自己着火燃焼から点火燃焼に切り替える前に、上記した第２レーザ出力を用いてレーザ点火装置１１により予備点火するとよい。これにより、圧縮自己着火燃焼を実施している間にレーザ点火装置１１において発生した汚染を適切に除去することができる。
　なお、エンジン１の運転状況によっては、レーザ点火装置１１のレーザ出力を第２レーザ出力に設定しなくても、レーザ点火装置１１の汚染が自然に除去される場合がある。例えば、筒内温度が高くなるような運転状況では、レーザ点火装置１１の汚染が自然に除去される場合がある。よって、第２レーザ出力よりも低い第１レーザ出力を用いた場合にも、レーザ点火装置１１の汚染が除去される場合がある。そのため、レーザ点火装置１１のレーザ出力を第１レーザ出力に設定している場合にも、汚染判定部５２にレーザ点火装置１１の汚染を常時判定させることとし、汚染判定部５２によってレーザ点火装置１１が汚染していないと判定された際に、レーザ点火装置１１のレーザ出力を第１レーザ出力から基準レーザ出力へと戻すのがよい。
４．制御フロー
　次に、図１１を参照して、本発明の実施形態においてＥＣＵ５０が行う制御フローについて説明する。図１１は、本発明の実施形態による制御フローを示すフローチャートである。このフローは、ＥＣＵ５０によって所定の周期で繰り返し実行される。
　まず、ステップＳ１では、ＥＣＵ５０の燃焼状態関連値取得部５１が、エンジン１の燃焼状態に関連する燃焼状態関連値として、筒内圧、イオン電流及びクランクアングル信号のうちの少なくともいずれかを取得する。この場合、燃焼状態関連値取得部５１は、筒内圧センサ３１から筒内圧（検出信号Ｓ３１に対応する）を取得し、イオン電流センサ３３からイオン電流（検出信号Ｓ３３に対応する）を取得し、クランクアングルセンサ３５からクランクアングル信号（検出信号Ｓ３５に対応する）を取得する。そして、処理はステップＳ２に進む。
　ステップＳ２では、ＥＣＵ５０の汚染判定部５２が、レーザ点火装置１１が汚染しているか否かを判定する。この場合、汚染判定部５２は、前述した第１～第４の例による汚染判定方法のいずれかを行って、レーザ点火装置１１が汚染しているか否かを判定する（「２．汚染判定方法」のセクション参照）。その結果、レーザ点火装置１１が汚染していると判定した場合（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ３に進む。これに対して、レーザ点火装置１１が汚染していないと判定した場合（ステップＳ２：Ｎｏ）、処理は終了する。
　ステップＳ３では、ＥＣＵ５０のレーザ出力制御部５３が、レーザ点火装置１１のレーザ出力を、レーザ点火装置１１が汚染していない場合に設定する基準レーザ出力から増加させる。１つの例では、レーザ出力制御部５３は、レーザ点火装置１１のレーザ出力を、汚染しているレーザ点火装置１１でも混合気を確実に点火させることが可能な第１レーザ出力にまで増加させる。他の例では、レーザ出力制御部５３は、レーザ点火装置１１のレーザ出力を、レーザ点火装置１１の汚染を除去可能な第２レーザ出力にまで増加させる。そして、処理はステップＳ４に進む。
　ステップＳ４では、ＥＣＵ５０の汚染判定部５２が、上記したステップＳ２と同様にして、レーザ点火装置１１が汚染していないか否かを再度判定する。その結果、レーザ点火装置１１が汚染していないと判定した場合（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、処理はステップＳ５に進む。この場合、ＥＣＵ５０のレーザ出力制御部５３が、レーザ点火装置１１のレーザ出力を基準レーザ出力に戻す（ステップＳ５）。そして、処理は終了する。
　これに対して、レーザ点火装置１１が汚染していると判定した場合（ステップＳ４：Ｎｏ）、処理はステップＳ３に戻る。この場合には、レーザ出力制御部５３は、上記したステップＳ３で設定した、基準レーザ出力よりも高いレーザ出力を維持する。レーザ出力制御部５３は、ステップＳ４でレーザ点火装置１１が汚染していないと判定されるまで、つまりレーザ点火装置１１の汚染が除去されるまで、基準レーザ出力よりも高いレーザ出力を維持する。
５．作用効果
　次に、本発明の実施形態によるレーザ点火式エンジンの制御装置の作用効果について説明する。
　本実施形態によれば、レーザ点火装置１１の汚染時と非汚染時とでエンジン１の燃焼状態が変化することを考慮し、筒内圧やイオン電流やクランクアングル信号などのエンジン１の燃焼状態に関連する燃焼状態関連値に基づいて、レーザ点火装置１１が汚染しているか否かを判定するので、レーザ点火装置１１の汚染を的確に判断することができる。また、本実施形態によれば、圧縮自己着火式ガソリンエンジンにおいて、圧縮自己着火燃焼を実施した場合にはレーザ点火装置１１が汚染しやすいことを考慮し、圧縮自己着火燃焼が実施された履歴に基づいて、レーザ点火装置１１が汚染しているか否かを判定するので、これによっても、レーザ点火装置１１の汚染を的確に判断することができる。
　したがって、本実施形態によれば、レーザ点火装置１１の汚染に対する対処を適切なタイミングで実行することができ、無駄なエネルギーの消費を抑制することが可能となる。具体的には、レーザ点火装置１１のレーザ出力を基準レーザ出力よりも増加させる制御を、レーザ点火装置１１が汚染している場合にのみ実行することができ、レーザ出力を増加させることによるエネルギーの消費を抑制することができる。
　また、本実施形態によれば、レーザ点火装置１１が汚染していると判定された場合に、レーザ点火装置１１のレーザ出力を第１レーザ出力にまで増加させることにより、汚染しているレーザ点火装置１１によっても混合気を確実に点火させることができる。加えて、本実施形態によれば、レーザ点火装置１１が汚染していると判定された場合に、レーザ点火装置１１のレーザ出力を第２レーザ出力にまで増加させることにより、レーザ点火装置１１の汚染を適切に除去することができる。
　また、本実施形態によれば、第２レーザ出力にてレーザ点火装置１１からレーザ光を出射させている間にレーザ点火装置１１の汚染を常に判定して、レーザ点火装置１１が汚染していないと判定された際にレーザ出力を第２レーザ出力から基準レーザ出力へと戻すので、第２レーザ出力を継続して用いることによるエネルギーの消費を抑制することができる。
　１　エンジン
　３　吸気通路
　５　燃焼室
　９　燃料噴射弁
　１１　レーザ点火装置
　１１ｄ　レンズ
　１３　ピストン
　１７　クランクシャフト
　２１　排気通路
　３１　筒内圧センサ
　３３　イオン電流センサ
　３５　クランクアングルセンサ
　５０　ＥＣＵ
　５１　燃焼状態関連値取得部
　５２　汚染判定部
　５３　レーザ出力制御部 

Claims (9)

  1. 　レンズによって集光されたレーザ光を出射するレーザ点火装置を用いて点火するレーザ点火式エンジンの制御装置であって、
    　エンジンの燃焼状態に関連する燃焼状態関連値を取得する燃焼状態関連値取得部と、
    　上記燃焼状態関連値取得部によって取得された燃焼状態関連値と、上記レーザ点火装置が汚染していない状態でのエンジンの燃焼状態に基づいて規定された燃焼状態判定値とを比較して、上記レーザ点火装置が汚染しているか否かを判定する汚染判定部と、を有することを特徴とするレーザ点火式エンジンの制御装置。
  2. 　上記燃焼状態関連値取得部は、上記エンジンに設けられた筒内圧センサによって検出された筒内圧を上記燃焼状態関連値として取得し、
    　上記汚染判定部は、上記レーザ点火装置が汚染していない状態において燃焼時に得られる筒内圧に基づいて規定された筒内圧判定値を上記燃焼状態判定値として用い、上記燃焼状態関連値取得部によって燃焼時に取得された筒内圧が上記筒内圧判定値以下である場合に、上記レーザ点火装置が汚染していると判定する、請求項１に記載のレーザ点火式エンジンの制御装置。
  3. 　上記燃焼状態関連値取得部は、上記エンジンに設けられたイオン電流センサによって検出されたイオン電流を上記燃焼状態関連値として取得し、
    　上記汚染判定部は、上記レーザ点火装置が汚染していない状態においてイオン電流が所定値に達するタイミングに基づいて規定されたタイミング判定値を上記燃焼状態判定値として用い、上記燃焼状態関連値取得部によって取得されたイオン電流が上記所定値に達するタイミングが上記タイミング判定値よりも遅い場合に、上記レーザ点火装置が汚染していると判定する、或いは、上記レーザ点火装置が汚染していない状態において燃焼時に得られるイオン電流に基づいて規定されたイオン電流判定値を上記燃焼状態判定値として用い、上記燃焼状態関連値取得部によって燃焼時に取得されたイオン電流が上記イオン電流判定値以下である場合に、上記レーザ点火装置が汚染していると判定する、請求項１に記載のレーザ点火式エンジンの制御装置。
  4. 　上記燃焼状態関連値取得部は、上記エンジンに設けられたクランクアングルセンサからのクランクアングル信号を上記燃焼状態関連値として取得し、
    　上記汚染判定部は、上記レーザ点火装置が汚染していない状態において燃焼時に得られるクランクアングル信号のパルス幅に基づいて規定されたパルス幅判定値を上記燃焼状態判定値として用い、上記燃焼状態関連値取得部によって燃焼時に取得されたクランクアングル信号のパルス幅が上記パルス幅判定値以上である場合に、上記レーザ点火装置が汚染していると判定する、請求項１に記載のレーザ点火式エンジンの制御装置。
  5. 　上記汚染判定部によって上記レーザ点火装置が汚染していないと判定された場合には、上記レーザ点火装置のレーザ出力を基準レーザ出力に設定し、上記汚染判定部によって上記レーザ点火装置が汚染していると判定された場合には、上記レーザ点火装置のレーザ出力を少なくとも上記基準レーザ出力よりも増加させるレーザ出力制御部を有する、請求項１に記載のレーザ点火式エンジンの制御装置。
  6. 　レンズによって集光されたレーザ光を出射するレーザ点火装置を用いて点火するレーザ点火式エンジンの制御装置であって、
    　上記レーザ点火装置が汚染しているか否かを判定する汚染判定部と、
    　上記汚染判定部によって上記レーザ点火装置が汚染していないと判定された場合には、上記レーザ点火装置のレーザ出力を基準レーザ出力に設定し、上記汚染判定部によって上記レーザ点火装置が汚染していると判定された場合には、上記レーザ点火装置のレーザ出力を少なくとも上記基準レーザ出力よりも増加させるレーザ出力制御部と、
    を有することを特徴とするレーザ点火式エンジンの制御装置。
  7. 　上記エンジンは、所定の第１運転領域においては混合気の自着火による燃焼である圧縮自己着火燃焼を行い、この第１運転領域とは異なる第２運転領域においては上記レーザ点火装置の点火による強制燃焼である点火燃焼を行う圧縮自己着火式ガソリンエンジンであり、
    　上記汚染判定部は、上記エンジンにおいて上記圧縮自己着火燃焼が所定時間以上継続して行われた場合に、上記レーザ点火装置が汚染していると判定する、請求項６に記載のレーザ点火式エンジンの制御装置。
  8. 　上記レーザ出力制御部は、上記汚染判定部によって上記レーザ点火装置が汚染していると判定された場合に、上記レーザ点火装置のレーザ出力を、上記レーザ点火装置の汚染を除去可能なレーザ出力まで増加させ、上記レーザ点火装置の汚染を除去した後に、上記レーザ点火装置のレーザ出力を上記基準レーザ出力に戻す、請求項６に記載のレーザ点火式エンジンの制御装置。
  9. 　更に、上記エンジンの燃焼状態に関連する燃焼状態関連値を取得する燃焼状態関連値取得部を有し、
    　上記汚染判定部は、上記燃焼状態関連値取得部によって取得された燃焼状態関連値と、上記レーザ点火装置が汚染していない状態でのエンジンの燃焼状態に基づいて規定された燃焼状態判定値とを比較して、上記レーザ点火装置が汚染しているか否かを判定する、請求項６に記載のレーザ点火式エンジンの制御装置。
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