WO2021079665A1

WO2021079665A1 - 内燃機関制御装置

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Publication number: WO2021079665A1
Application number: PCT/JP2020/035388
Authority: WO
Inventors: 島田　敦史; 賢吾熊野; 猿渡　匡行; 一浩押領司; 青野　俊宏; 亮草壁
Original assignee: 日立Astemo株式会社
Priority date: 2019-10-24
Filing date: 2020-09-18
Publication date: 2021-04-29
Also published as: JP2021067223A; JP7222869B2; EP4050199A4; EP4050199A1

Abstract

従来は、副室付近にセンサを設置しなければ副室の状態を検出できず、エンジンの適切な制御を行えていなかった。　ＥＣＵ２０は、副燃焼室の内部に取り付けられ、副燃焼室の内部で混合気を着火して発生した火炎ジェットを主燃焼室に噴射して、主燃焼室にある混合気を点火する点火プラグに２次電流を供給する点火装置の１次電流、１次電圧、２次電流、及び２次電圧のうち、少なくともいずれか一つにより、火炎ジェットの強度を推定するジェット強度推定部５１と、推定された火炎ジェットの強度により判定した副燃焼室の内部の燃焼状態に基づいて、内燃機関を制御するエンジン制御部５２と、を備える。

Description

内燃機関制御装置

　本発明は、内燃機関制御装置に関する。

　自動車等のパワートレイン用エンジンは、ＣＯ_２削減のために高効率燃焼が求められている。高空気過剰率、高ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation：排気再循環）条件でのリーン燃焼は、熱効率向上のポテンシャルが高い。中でも、点火プラグを内部に有する副燃焼室（以下、「副室」と略記する）で燃焼した火炎を火炎ジェットとして混合気の点火に活用するジェット燃焼はリーン条件で高速燃焼が可能である。このため、現在では定置式の大型エンジンでジェット燃焼が実用化されている。自動車等の排気量２Ｌクラスのエンジンにジェット燃焼を適用するには、数ｃｃの微小空間である副燃焼室での燃焼を幅広い運転条件にて実現する必要がある。よって副室内で安定した燃焼を行えるようにすることが求められていた。

　副室を設けたエンジンについて、特許文献１に開示された構成が知られている。この特許文献１には、「点火プラグを、シリンダヘッド側から燃焼室にプラグカバーを突出させて点火室と燃焼室とを連通孔にて連通させるようにシリンダヘッドに装着し、プラグカバー又は電極に対する熱負荷が過負荷となる過負荷状態であると判別すると、プラグカバー又は電極に対する熱負荷を減少させる側にエンジンの運転条件を変更する」と開示されている。

特開２０１１－１９６３４２号公報

　ところで、副室を備えるエンジンを使用すると、副室内の発熱量が大きくなりやすい。
このため、自動車の高負荷運転を継続すると、副室内壁の温度が上昇し、高温となった部位から異常燃焼（プレイグニッション）が発生するおそれがある。

　特許文献１には、点火プラグのカバーをつけ、そのカバー内に構成される副室が熱で過負荷状態になり、着火が制御できないプレイグニッションが発生することを防止するために、副室付近に温度等を検出するセンサを設置して、エンジンの過負荷状態を検出することが記載されている。しかし、特許文献１に開示された点火プラグでは、副室の過負荷状態以外の状態を検出することが不可能であった。また、副室内で起こる複数の燃焼状態（例えば、不完全燃焼、燃焼不安定、プレイグニッション、シリンダ内の過大な圧力等の異常燃焼の状態）を検出し、燃焼状態に応じた制御が実施される必要があった。しかし、特許文献１に開示された点火プラグに、副室内の圧力を検出する圧力センサや、放電電圧を検出するセンサ等の特別なセンサを副室内に追加しなければならず、点火プラグの製造コストが上がりやすかった。

　本発明はこのような状況に鑑みて成されたものであり、点火プラグに新たなセンサ等を設けることなく、副室内で複数の燃焼状態を判定して、点火プラグを内部に有する副室を備える内燃機関の動作を制御することを目的とする。

　本発明に係る内燃機関制御装置は、燃料噴射装置が噴射する燃料と、吸気系から吸気される空気とが混合された混合気が、ピストンに面する主燃焼室で燃焼するシリンダと、主燃焼室に連通し、主燃焼室から混合気を取り込む副燃焼室と、副燃焼室の内部に取り付けられ、副燃焼室の内部で混合気を着火して発生した火炎ジェットを主燃焼室に噴射して、主燃焼室にある混合気を点火する点火プラグと、１次コイル及び２次コイルを有し、所定の点火タイミングで点火プラグに２次電流を供給する点火装置と、を備える内燃機関の出力を制御する内燃機関制御装置であって、点火装置の１次コイルに通電される１次電流、１次コイルに印加される１次電圧、２次コイルに通電される２次電流、及び２次コイルに印加される２次電圧のうち、少なくともいずれか一つにより、火炎ジェットの強度を推定するジェット強度推定部と、推定された火炎ジェットの強度により判定した副燃焼室の内部の燃焼状態に基づいて、内燃機関を制御する内燃機関制御部と、を備える。

　本発明によれば、点火プラグに新たなセンサ等を設けることなく、副燃焼室内で発生する火炎ジェットの強度を推定することができる。このため、火炎ジェットの強度より判定した副燃焼室の内部の燃焼状態に基づいて、点火プラグを内部に有する副室を備える内燃機関の動作を制御することが可能となる。
　上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。

本発明の第１の実施の形態に係るエンジンの構成例を示す概略構成図である。本発明の第１の実施の形態に係るＥＣＵの構成例を示す制御ブロック図である。本発明の第１の実施の形態に係る点火プラグ及び点火装置の設置例を示す図である。本発明の第１の実施の形態に係るエンジン制御回路の内部構成例を示すブロック図である。本発明の第１の実施の形態に係る点火装置の制御の様子と、副室を有する点火プラグの燃焼の様子とを示すタイムチャートである。本発明の第１の実施の形態に係る点火装置の概略を示す構成図である。本発明の第１の実施の形態に係る点火プラグで発生する点火に際して、ブレイクダウン後の１次電圧とジェット強度との関係を示す図である。本発明の第１の実施の形態に係る副室温度に応じた１次電圧の変化の様子を示す図である。本発明の第１の実施の形態に係る主室内の圧力履歴（４２サイクル平均）の例を示す図である。本発明の第１の実施の形態に係る主室内の４２サイクル分の圧力変化を示す図である。本発明の第１の実施の形態に係る最大圧力の変化に応じた点火装置の１次電圧の変化の様子を示す図である。本発明の第１の実施の形態に係る点火信号と、点火装置の１次電圧との関係を示す図である。本発明の第１の実施の形態に係る振幅検出回路の内部構成例を示すブロック図である。本発明の第１の実施の形態に係る点火装置の１次電圧が変動する様子と、バンドパスフィルタ及び微分フィルタの出力の様子とを示す図である。本発明の第１の実施の形態に係るバンドパスフィルタの出力特性を示すグラフである。本発明の第１の実施の形態に係る微分フィルタの出力特性を示すグラフである。本発明の第１の実施の形態に係るジェット強度とジェット強度変動に応じてＬｅｖｅｌ分けされるジェット強度の例を示す図である。本発明の第１の実施の形態に係るエンジン制御回路が、エンジンにおけるジェット強度Ｌｅｖｅｌを判定し、制御量を補正する処理の例を示すフローチャートである。本発明の第１の実施の形態に係るジェット燃焼の暖気前後を判定するために参照されるグラフの例を示す図である。本発明の第２の実施の形態に係るジェット燃焼システムと、火花燃焼システムとを備えるエンジンの構成例を示す図である。本発明の第２の実施の形態に係るエンジン制御回路が、エンジンにおけるジェット強度Ｌｅｖｅｌを判定し、制御量を補正する処理の例を示すフローチャートである。

　以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照して説明する。本明細書及び図面において、実質的に同一の機能又は構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。

［第１の実施の形態］　始めに、自動車に使用される火花点火式の内燃機関と、内燃機関の制御装置とを備えるエンジン１の構成例について、図１と図２を参照して説明する。
　図１は、エンジン１の構成例を示す概略構成図である。

　エンジン１が備える、エアフローセンサ２と、湿度センサ３ａ，３ｂと、コンプレッサ１５ａと、インタークーラ７と、電子制御スロットル４とが、吸気管３１の各々の適宜位置に設けられている。

　エアフローセンサ２は、吸入空気量及び吸気温度を計測する。
　湿度検出部（湿度センサ３ａ，３ｂ）は、気筒内に導入されるガスの湿度を検出する。
このため、湿度センサ３ａ，３ｂは、吸気湿度、すなわち空気とＥＧＲガスとの混合気中の水分量を検出可能である。なお、エンジン１の気筒に流入する吸気を「ガス」と呼び、気筒内で燃料と混合されたガスを「混合気」と呼ぶ。
　湿度センサ３ａは、エアフローセンサ２の近くに設けられ、吸入空気の湿度を検出可能である。また、湿度センサ３ｂは、サージタンク６に設けられ、サージタンク６に貯まる空気の湿度を検出可能である。

　コンプレッサ１５ａは、空気を気筒内に過給する過給機の一部として設けられる。
　インタークーラ７は、空気を冷却する。
　電子制御スロットル４は、気筒内に供給される空気の供給量、及び吸気管３１内の圧力を調整する。

　また、エンジン１には、ガソリン燃料を各気筒のシリンダ１４の中に燃料を噴直接噴射する気筒内燃料噴射装置（インジェクタ１３）を備えている。気筒内燃料噴射装置として用いられるインジェクタ１３は、直噴式（ＤＩ：Direct Injection）であるが、吸気管３１に供給する方式（ＰＦＩ：Port Fuel Injection）であってもよい。また、直噴式のインジェクタ１３と、吸気管３１に供給する方式のインジェクタ１３とを組み合わせた構成としてもよい。

　エンジン１は、気筒ごとに点火プラグ４０と点火装置５０とを備える。このエンジン１は、点火装置５０を利用して点火プラグ４０の副室４２（後述する図３を参照）内で火炎ジェットを発生させ、火炎ジェットによりシリンダ１４内の混合気に着火する火花点火燃焼を実施する、自動車用の気筒内噴射式内燃機関の一例である。本実施の形態に係る制御装置（ＥＣＵ２０）は、内燃機関（エンジン１）に設けられる点火装置（点火装置５０）の１次側に１次電圧を供給して、点火プラグ（点火プラグ４０）の副室４２内で発生する火炎ジェットにより、内燃機関（エンジン１）の気筒内に吸入されるガスと、燃料とが混合された混合気の点火を制御するエンジン制御部（エンジン制御回路２４）を備える。そして、内燃機関制御装置（ＥＣＵ２０）は、内燃機関（エンジン１）の出力を制御する。エンジン制御回路２４の構成は、後述する図４に示す。なお、エンジン１の制御装置は、エンジン１を制御する電子コントロールユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）２０に該当する。

　また、シリンダヘッドには、気筒内に流入する混合気の流量を調整する可変弁５ａ、気筒内から排出する排気ガスの流量を調整する可変弁５ｂが備えられている。可変弁５ａは、エンジン１に設けられた吸気弁３２が動作する時期を変更する。可変弁５ｂは、エンジン１に設けられた排気弁３４が動作する時期を変更する。ＥＣＵ２０により可変弁５ａ，５ｂの動作が調整されることにより、全気筒の吸気量および内部ＥＧＲガス量が調整される。

　また、図示していないがインジェクタ１３に高圧燃料を供給するための高圧燃料ポンプが燃料配管によってインジェクタ１３に接続される。また、燃料配管の中には、燃料噴射圧力を計測するための燃料圧力センサが備えられている。また、エンジン１のピストン位置を検知するためのクランク角度センサ１９がクランクシャフトに取り付けられている。燃料圧力センサ及びクランク角度センサ１９の出力情報はＥＣＵ２０に送られる。

　更に、エンジン１が備える、空燃比センサ９と、三元触媒１０と、電子制御ウェイストゲート弁１１と、タービン１５ｂと、が、排気管３３の各々の適宜位置に設けられている。

　空燃比センサ９は、空燃比検出器の一態様であって、三元触媒１０の上流側にて排気ガスの空燃比を検出し、検出した排気ガスの空燃比を含む出力情報をＥＣＵ２０に出力する。また、排気管３３には、空燃比センサ９の代わりに排気ガス中の空気量を検出可能なＯ２センサ８を設け、検出した空気量を含む出力情報をＥＣＵ２０に出力してもよい。　三元触媒１０は、排気管３３を流れる排気を浄化する。三元触媒１０には、ＥＣＵ２０の制御により、所定のタイミングで三元触媒１０を暖める触媒ヒータ１６が設置される。　電子制御ウェイストゲート弁１１は、タービン１５ｂに流れる排気流量を調整する。
　タービン１５ｂは、排気エネルギーによって過給機のコンプレッサ１５ａに回転力を与える。

　また、エンジン１は、三元触媒１０の下流から、吸気管３１のコンプレッサ１５ａの上流に排気を還流させるためのＥＧＲ管２５を備える。また、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ２７、ＥＧＲガス流量を制御するためのＥＧＲ弁２６が、ＥＧＲ管２５の各々の適宜位置に取り付けられている。ＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラ２７、ＥＧＲ弁２６、コンプレッサ１５ａ、インタークーラ７及び電子制御スロットル４を介して、吸気管３１に供給される。
　また、エンジン１には、エンジン１を巡る冷却水の温度を計測する温度センサ１８が設けられている。

　上述したエアフローセンサ２、湿度センサ３ａ，３ｂ、温度センサ１８及び空燃比センサ９から得られる出力情報は、ＥＣＵ２０に送られる。また、アクセル開度センサ１２から得られる出力情報がＥＣＵ２０に送られる。アクセル開度センサ１２は、アクセルペダルの踏み込み量、すなわち、アクセル開度を検出する。

　ＥＣＵ２０は、アクセル開度センサ１２の出力情報に基づいて、要求トルクを演算する。すなわち、アクセル開度センサ１２は、エンジン１への要求トルクを検出する要求トルク検出センサとして用いられる。ＥＣＵ２０は、上述した各種センサの出力情報から得られるエンジン１の運転状態に基づき、空気流量、燃料噴射量、点火タイミング、燃料圧力、ＥＧＲガス流量等のエンジン１の主要な作動量を最適に演算する。

　ＥＣＵ２０で演算された燃料噴射量は開弁パルス信号に変換され、インジェクタ１３に送られる。また、ＥＣＵ２０で演算された点火タイミングで点火されるように、点火信号が点火装置５０に送られる。また、ＥＣＵ２０で演算されたスロットル開度は、スロットル駆動信号として電子制御スロットル４に送られる。

　吸気管３１から吸気弁３２を経て気筒内に流入した空気に対し、インジェクタ１３が燃料を噴射することで混合気を形成する。混合気は、所定の点火タイミングで点火プラグ４０の副室４２（後述する図３を参照）内で発生した火炎ジェット４４（後述する図３を参照）により爆発し、その燃焼圧によりピストン３５を押し下げてエンジン１の駆動力となる。更に、爆発後の排気ガスは排気管３３を経て、三元触媒１０に送りこまれ、排気成分は三元触媒１０内で浄化され、外部へと排出される。

　このようなエンジン１の詳細な内部構成例及び動作例について以下に説明する。図２は、ＥＣＵ２０の内部構成例を示す制御ブロック図である。
　ＥＣＵ２０は、入力回路２１と、入出力ポート２２と、ＣＰＵ２３ａと、ＲＯＭ２３ｂと、ＲＡＭ２３ｃと、エンジン制御回路２４とを備える。

　アクセル開度センサ１２からのアクセル踏込情報（アクセル開度）、エンジン１の回転数、湿度センサ３ａ，３ｂからの湿度情報、エアフローセンサ２からの空気量情報、クランク角度センサ１９からの角度情報（クランク角度）等の入力信号は、ＥＣＵ２０の入力回路２１に入力される。また、入力回路２１には、点火装置５０の電圧センサが検出した１次電圧、２次電圧、点火装置５０の電流センサが検出した１次電流、２次電流を示す入力信号が入力される。これら１次電圧、２次電圧、１次電流及び２次電流のうち、少なくともいずれか一つを示す入力信号を「点火装置情報」と呼ぶ。ただし、入力回路２１に入力される入力信号はこれらの信号だけに限らないので、適宜に追加して説明する。

　入力回路２１に入力された各入力信号で示される入力情報は、入出力ポート２２内の入力ポートに送られる。入出力ポート２２に送られた入力情報は、ＲＡＭ２３ｃに一時保管され、ＣＰＵ２３ａで、所定の制御プログラムに従って演算処理される。演算処理の内容を記述した制御プログラムは、ＲＯＭ２３ｂに予め書き込まれており、ＣＰＵ２３ａにより適宜読み出されて実行される。

　制御プログラムに従って演算された、インジェクタ１３や点火装置５０への作動量を示す出力情報は、ＲＡＭ２３ｃに一時保管される。その後、入出力ポート２２内の出力ポートに出力情報が送られ、それぞれの駆動回路を経てインジェクタ１３や点火装置５０等が動作する。なお、エンジン１にはこれら以外のアクチュエータも使用されているが、ここでは説明を省略する。

　ＥＣＵ２０には、点火装置５０の駆動回路を含むエンジン１の動作を制御するエンジン制御回路２４が含まれる。エンジン制御回路２４は、点火装置５０への点火通電時間や、点火プラグ４０の副室４２内で混合気を点火する点火タイミング等を制御するほか、エンジン１を構成する各部の動作をも制御する。本実施形態においては、ＥＣＵ２０内にエンジン制御回路２４を備える構成とするが、この構成に限るものではない。例えば、エンジン制御回路２４の一部、又は、エンジン制御回路２４の全てが、ＥＣＵ２０とは別の装置に実装されていても差し支えない。

　そして、ＥＣＵ２０は、各センサが検出した空気量、クランク角度、冷却水温、吸気温度、湿度等に応じて、適切なタイミング（点火通電時間や点火タイミング）に点火装置５０へ通電することで、点火プラグ４０の副室４２（後述する図３）内で混合気を点火して発生した火炎ジェットにより、シリンダ１４内の混合気に着火する制御を行う。

＜点火プラグを内部に有する副室を備えるエンジンの構成例＞　次に、第１の実施の形態に係る点火プラグ４０の構成例及び動作例について、図３を参照して説明する。なお、本実施の形態では、点火プラグ４０に副室４２を形成する副室形成部材４５が取り付けられ、副室形成部材４５と一体となった点火プラグ４０がエンジン１に取り付けられる構成で説明する。ただし、本発明はこの構成には限定されず、副室４２を形成する副室形成部材４５がエンジン１に取り付けられ、この副室形成部材４５に点火プラグ４０が取り付けられる構成であってもよい。これらのいずれの構成であっても図３を用いて説明する。

　図３は、第１の実施の形態に係る点火プラグ４０及び点火装置５０の設置例を示す図である。
　内燃機関（エンジン１）は、燃料噴射装置（インジェクタ１３）が噴射する燃料と、吸気系（吸気管３１）から吸気される空気とが混合された混合気が、ピストン（ピストン３５）に面する主燃焼室（主室３７）で燃焼するシリンダ（シリンダ１４）と、主燃焼室（主室３７）に連通し、主燃焼室（主室３７）から混合気を取り込む副燃焼室（副室４２）と、副燃焼室（副室４２）の内部に取り付けられ、副燃焼室（副室４２）の内部で混合気を着火して発生した火炎ジェット（火炎ジェット４４）を主燃焼室（主室３７）に噴射して、主燃焼室（主室３７）にある混合気を点火する点火プラグ（点火プラグ４０）と、１次コイル（１次コイル６３（後述する図６を参照））及び２次コイル（２次コイル６４（後述する図６を参照））を有し、所定の点火タイミングで点火プラグ（点火プラグ４０）に２次電流を供給する点火装置（点火装置５０）と、を備える。点火プラグ４０に高電圧を印加する点火装置５０は、点火プラグ４０のすぐ近くに設置され、点火プラグ（点火プラグ４０）の点火タイミングを制御する。点火プラグ４０の電極４１は、副室４２に接続されており、副室４２が主室３７と接続されている。

　点火プラグ４０には、点火プラグ４０に高電圧を印加する点火装置５０が接続されている。点火装置５０は、ＥＣＵ２０と配線されている。このように副室４２から主室３７に火炎ジェット４４が噴出して、主室３７の混合気を燃焼可能な副室４２と主室３７を備える点火プラグ４０と、点火装置５０とを備えるシステム構成を「ジェット燃焼システム５５」と呼ぶ。

　シリンダ１４の側壁にはインジェクタ１３が設けられている。インジェクタ１３は、ＥＣＵ２０が出力する燃料噴射指令に従って燃料噴射を行う。吸気管３１から吸気される空気と、インジェクタ１３から噴射された燃料とが混合された混合気は、主室３７に供給される。この混合気は、エンジンのシリンダ１４に設けられたピストン３５が下降し、吸気弁３２が開いた瞬間から主室３７内に導入される。なお、インジェクタ１３をジェット燃焼システム５５の副室４２内に設けた構成としてもよい。

　点火プラグ４０は、電極４１（接地電極及び中心電極）を備えており、副室形成部材４５により電極４１が覆われて副室４２（副燃焼室の一例）が形成される。副室４２には、ＥＣＵ２０の制御により、所定のタイミングで副室４２を暖める副室ヒータ４６が設置される。また、副室４２の周囲には、副室温度を低下させる副室クーラ４７が設置される。副室クーラ４７には、副室４２を効果的に冷却することが可能な冷却媒体が封入される。副室ヒータ４６、副室クーラ４７の駆動は、ＥＣＵ２０のエンジン制御部５２（後述する図４を参照）によって制御される。

　副室４２は、主室３７内に貫通して設置される。副室４２の先端に形成された複数の孔４３は、主室３７内にある。圧縮行程にて、吸気弁３２が閉じ、ピストン３５の上昇の過程で圧縮された混合気は、孔４３を通過して副室４２内に取り込まれる。

　燃焼行程にて、点火装置５０が点火プラグ４０に印加した高電圧により、副室４２内で電極４１（接地電極及び中心電極）が火花放電を発生する。火花放電により副室４２内で生じた火炎は、複数の孔４３を通過する。そして、主室３７には、複数の孔４３を通過した複数の火炎が火炎ジェット４４として噴出し、混合気を多点着火する。火炎ジェット４４により着火した混合気は、急速に膨張してピストン３５を押し下げ、エンジントルクを発生させる。その後、ピストン３５が上昇し、排気弁３４が開いた瞬間から排気ガスが排気管３３へ排出される。

　次に、ＥＣＵ２０が備えるエンジン制御回路２４の内部構成例について説明する。
　図４は、エンジン制御回路２４の内部構成例を示す機能ブロック図である。

　エンジン制御回路２４は、ジェット強度推定部５１及びエンジン制御部５２を備える。　ジェット強度推定部（ジェット強度推定部５１）は、図２に示したように点火装置５０からＥＣＵ２０に入力した、点火装置情報に基づいて副室４２で発生した火炎ジェット４４の強さ（以下、「ジェット強度」と呼ぶ）を推定する。具体的には、ジェット強度推定部（ジェット強度推定部５１）は、点火装置（点火装置５０）の１次コイル（１次コイル６３）に通電される１次電流、１次コイル（１次コイル６３）に印加される１次電圧、２次コイル（２次コイル６４）に通電される２次電流、及び２次コイル（２次コイル６４）に印加される２次電圧のうち、少なくともいずれか一つにより、火炎ジェットの強度（ジェット強度）を推定する。なお、１次コイル６３、２次コイル６４の構成例は、後述する図６に示す。

　内燃機関制御部（エンジン制御部５２）は、推定された火炎ジェットの強度（ジェット強度）により判定した副燃焼室（副室４２）の内部の燃焼状態に基づいて、内燃機関（エンジン１）を制御する。具体的には、エンジン制御部５２は、ジェット強度推定部５１により推定されたジェット強度のＬｅｖｅｌを判定する。ジェット強度のＬｅｖｅｌとは、後述する図１７に示すようなジェット強度とジェット強度変動とに基づいて規定される値であり、Ｌｅｖｅｌに基づいて副室４２内の燃焼状態が判定可能である。本実施の形態では、Ｌｅｖｅｌ１～３の３種類のＬｅｖｅｌが規定されるが、２種類、又は４種類以上の複数のＬｅｖｅｌが規定されてもよい。そして、エンジン制御部５２は、判定したＬｅｖｅｌに応じて、エンジン１の各部を制御する。エンジン制御部５２がエンジン１の各部を制御する処理は、後述する図１８にて説明する。

　次に、エンジン制御回路２４によって行われるジェット強度の推定、ジェット強度のＬｅｖｅｌ判定、及びエンジン１の各部の制御の具体例について、以下に説明する。

　始めに、燃焼行程における、点火装置５０と点火プラグ４０の動作の様子を説明する。　図５は、点火装置５０の制御の様子と、副室４２を有する点火プラグ４０の燃焼の様子とを示すタイムチャートである。点火装置５０及び点火プラグ４０の状態は、図中の状態（１）～（６）の順に遷移する。

　状態（１）では、エンジン１内に空気が導入される。
　状態（２）では、時刻Ｔ１で噴射信号がオンされる。噴射信号がオンされた期間内（パルス幅Ｗ１）で、インジェクタ１３が、シリンダ１４内に燃料を供給（噴射）する。
　状態（３）では、主室３７内で混合気が形成される。混合気の一部は、圧縮工程の前半から副室４２内に取り込まれる。副室４２内に混合気が取り込まれると、点火装置５０の制御により点火信号がオンされる。点火信号のオン期間（Ｗ２）では、点火装置５０の１次電圧及び１次電流が低下する。

　副室４２内の燃焼行程は、次の状態（４）、（５）を含む。
　状態（４）では、時刻Ｔ２で点火信号がオフされる所定の点火タイミングで副室４２内の電極４１に高電圧が加わって、混合気が点火される。そして、副室４２内で形成された火炎核が成長する。
　状態（５）では、副室４２の孔４３を通過した火炎（火炎ジェット４４）が主室３７に供給される。
　そして、状態（６）では、主室３７内の混合気が、火炎ジェット４４により燃焼する（主燃焼）。そして、状態（１）～（５）を通じて大きく制御されていたＥＧＲ弁２６の開度が小さくなる。

＜ジェット燃焼の課題、ジェット強度の定義と重要性＞　上述したようにジェット燃焼システム５５では、副室４２内に装着された点火プラグ４０の中心電極と接地電極の間のブレイクダウン（絶縁破壊）により形成される火炎核が成長し、副室４２内で酸化反応が起こって、発熱する。そして、発熱したガス（火炎）が副室４２の出口である孔４３（噴口）から噴流（火炎ジェット４４）として、主室３７に供給される。

　副室４２内の熱発生量は、発生した火炎の温度や、火炎ジェット４４の噴流速度に依存する。このため、火炎の温度や、火炎ジェット４４の噴流速度は、主室３７の燃焼（主燃焼）における燃焼速度や熱発生量に影響を与える。このように副室４２内の熱発生量がジェット燃焼システム５５の燃焼状態に大きく影響を与えることから、副室４２内の熱発生量を以下、「ジェット強度」と定義して説明する。

　ところで、冷却損失低減の観点から副室４２の内容積は小さく形成される。例えば、副室４２の内容積は、主室３７の内容積に対して１％以下であることが望ましい。そのため、自動車等に利用されるエンジン１では、副室４２の体積は数ｃｃと小さい空間（微小空間）である。このように小さい空間で形成される副室４２内の壁面温度や副室４２内の混合気条件が、火炎核の成長状態（壁面近傍の消炎等）に影響を与えると、ジェット強度が変化する。つまり、ジェット燃焼システム５５をエンジン１に用いる構成であれば、ジェット強度を推定することがロバスト性の高い燃焼を実現するために必要となる。そこで、本実施の形態に係るエンジン制御回路２４では、火炎ジェット４４のジェット強度を推定し、推定したジェット強度に応じて副室４２内の燃焼状態を判定する。ここで、ジェット強度推定部５１がジェット強度を推定する方法について説明する。

＜ジェット強度推定の原理＞　主室３７と副室４２は、副室４２の噴口を介して接続されているものの、ジェット強度の大きさで、副室４２内の分子、イオン、圧力、温度が大きく変化し、その結果、点火プラグ４０の電極４１に含まれる中心電極と接地電極の間のブレイクダウン時の抵抗が変化する。

　図６は、点火装置５０の概略を示す構成図である。
　スイッチ６２がオンされると、点火装置５０の１次コイル６３には、バッテリ６１から１次電圧Ｖ１が印加され、１次電流が通電される。この時、キャパシタ６５に電荷が蓄積される。そして、スイッチ６２がオフされると、点火装置５０の２次コイル６４に高電圧が発生し、キャパシタ６５から流出した電荷が２次電流として抵抗６６に向かう。２次コイル６４で発生した２次電圧Ｖ２は、抵抗６６及び電極４１に印加され、電極４１の中心電極及び接地電極でブレイクダウンが発生して火花が発生する。

　ブレイクダウン時に点火装置５０内の抵抗が変化すると、点火装置５０の２次電圧（Ｖ２）が変化する。点火装置５０の１次電圧Ｖ１、１次コイル６３の巻き数Ｎ１、２次コイル６４の巻き数Ｎ２とすると、１次電圧Ｖ１と２次電圧Ｖ２の関係式（理論式）は下記式（１）で表される。

　Ｖ１／Ｖ２　＝　Ｎ１／Ｎ２　＝　ｎ　…（１）　Ｖ１＝ｎ×Ｖ２　式（１）より、２次電圧Ｖ２の変化は、１次電圧Ｖ１に現れることが示される。

　電極４１で発生した火花は、副室４２内の混合気に着火して混合気を燃焼する。このため、混合気の化学変化が起き、混合気の分子量が増加する。混合気の分子量が増加すると、中心電極と接地電極の間では抵抗の増加となるので、２次電圧が低下する。この際、２次電圧の低下が、１次電圧の低下として現れる。また、点火装置５０の各部における抵抗値は予め求められているので、１次電流、２次電流の値も求められる。そこで、ジェット燃焼システム５５では、１次コイル６３の１次電圧、及び２次コイル６４の２次電圧を計測する電圧センサ、１次コイル６３に通電される１次電流、及び２次コイル６４に通電される２次電流を計測する電流センサが設けられる。そして、各センサで計測された１次電圧、１次電流、２次電圧及び２次電流のうち、少なくとも一つの制御量の値が点火装置情報として、点火装置５０からエンジン制御回路２４に出力される。

　次に、異なる種類の点火プラグごとに１次電圧が変化する様子について説明する。
　図７は、点火プラグ４０で発生する点火に際して、ブレイクダウン後の１次電圧とジェット強度との関係を示す図である。図７に示す３種類のグラフ７１～７３は、横軸をクランク角［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］、縦軸を点火装置５０の１次電圧［Ｖ］として、クランク角に対する１次電圧の変化を示したものである。なお、１次電圧として１次コイル６３に印加されるバッテリ電圧は、例えば、１２Ｖである。

　グラフ７１～７３は、それぞれ主室３７の形状を同じとした燃焼システムにおける１次電圧の変化の様子を示す。ここで、グラフ７１は、副室４２を有さない点火プラグが従来の火花点火（ここでは、従来ＳＩ（Spark Ignition）と呼ぶ）するときにおける１次電圧の変化を表す。

　グラフ７２は、副室体積が小さい副室４２を有する点火プラグ４０が、ジェット強度の小さい火炎ジェット４４を生成するときにおける１次電圧の変化を表す。グラフ７２に対する点火信号のオン・オフのタイミングは、図７の上側に実線のチャートで示される。
　グラフ７３は、副室体積が大きい副室４２を有する点火プラグ４０が、ジェット強度の大きい火炎ジェット４４を生成するときにおける１次電圧の変化を表す。グラフ７３に対する点火信号のオン・オフのタイミングは、図７の上側に一点鎖線のチャートで示される。

　図７より、各点火プラグによって点火タイミングが異なることが示される。例えば、ブレイクダウン直後に、各点火装置５０の１次電圧が変化する。グラフ７１では、１次電圧が直ちにバッテリ電圧まで上昇することが示される。一方で、グラフ７２，７３では、いずれもジェット燃焼が発生するため、領域７２ａ，７３ａにて従来ＳＩ（グラフ７１）には見られない１次電圧の変化が存在する。

　そこで、グラフ７２，７３に注目すると、領域７３ａにおける１次電圧の変化が、領域７２ａにおける１次電圧の変化より大きい。すなわち、ジェット強度が大きいほど変化量が大きくなる。このため、ジェット強度推定部（ジェット強度推定部５１）は、１次コイル（１次コイル６３）への通電が遮断された後の１次電圧の立下りの変化量が大きいほど、火炎ジェットの強度（ジェット強度）が大きいものと推定することが可能となる。

　図７に示したようにジェット燃焼は、点火直後に、従来ＳＩには見られない、点火プラグ４０付近に存在する混合気の抵抗変化が発生する。このような現象は、従来ＳＩでは、点火直後に火炎が主室３７内の広い空間に広がることで、非定常な抵抗変化が見られないのに対し、副室４２内は、微小空間であることから、点火直後に非定常な抵抗変化が見られ、抵抗の変化量はジェット強度に依存することで発生すると考えられる。そこで、ジェット強度が主室３７内の主燃焼に与える影響について検討する。

＜低温時、ジェット強度、主燃焼に与える影響＞　図８は、副室温度に応じた１次電圧の変化の様子を示す図である。図８の上下に示すグラフ８１，８２は、横軸をクランク角［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］、縦軸を点火装置５０の１次電圧［Ｖ］として、クランク角に対する１次電圧の変化を示したものである。

　図８の上側に示すグラフ８１は、副室温度が２５℃の時の１次電圧の変化の様子を示し、図８の下側に示すグラフ８２は、副室温度が８０℃の時の１次電圧の変化の様子を示す、エンジン１の制御条件はどちらも同じであり、点火タイミングは約７００［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］である。

　グラフ８１の領域８１ａ、グラフ８２の領域８２ａに示すように、副室温度が異なると、点火直後の１次電圧の挙動に大きな違いが生じる。具体的には、副室温度が高い条件では、点火直後の１次電圧の変化量が大きくなる。この理由として、副室４２の壁面温度が低い場合、壁面近傍で火炎が消炎する領域が広がり、消炎距離が長くなるので、副室４２で発生する火炎の熱発生量が小さくなり、ジェット強度が弱くなる。一方で、副室４２の壁面温度が高い場合、副室４２で発生する火炎の熱発生量が大きいのでジェット強度が強くなるので、上述したように混合気の分子量が増加することで抵抗変化が大きくなる。このように副室温度が異なるとジェット強度が変化するので、図８の領域８１ａ，８２ａに示すように１次電圧についても異なる変化が検出される。

　図９は、主室３７内の圧力履歴（４２サイクル平均）の例を示す図である。図９の上下に示すグラフ９１，９２は、横軸をクランク角［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］、縦軸をシリンダ圧［ＭＰａ（主室３７内の圧力）］として、クランク角に対するシリンダ圧の変化を示したものである。なお、図９に示す各グラフ９１，９２は、図８に示した各グラフ８１，８２と同条件とした時に計測されたシリンダ圧の変化を表す。

　上述したように副室温度が２５℃の条件よりも、副室温度が８０℃の条件の方が、ジェット強度が強くなる。このため、副室温度が２５℃の条件でグラフ９１の領域９１ａに示される主室３７内の圧力上昇のタイミングより、副室温度が８０℃の条件でグラフ９２の領域９２ａに示される主室３７内の圧力上昇のタイミングの方が早くなることが分かる。このことから、副室温度が高くなると、ジェット強度が強くなるので、シリンダ圧も高くなることが示される。

　このため、エンジン制御回路２４は、点火装置５０の１次電圧の変化に基づいてジェット強度を推定でき、その結果、ジェット燃焼の等容度を制御可能となる。つまり、エンジン制御回路２４は、エンジン１の始動、停止等の副室４２の温度変化によるジェット強度の変化を、点火装置５０の１次電圧の変化に基づいて把握し、点火タイミングや点火時のエネルギー制御に活用することができる。

＜ジェット強度のサイクル変動＞　続いて、ジェット燃焼のサイクルごとのジェット強度の変動（「サイクル変動」と呼ぶ）と点火装置５０の１次電圧の変化について、図１０と図１１を用いて説明する。
　図１０は、主室３７内の４２サイクル分の圧力変化を示す図である。エンジン１は、毎分２０００回転、図示平均有効圧力が０．２ＭＰａ、副室温度は平均３４℃の条件である。図１０に示す各グラフは、横軸をクランク角［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］、縦軸をシリンダ圧［ＭＰａ］として、クランク角に対するシリンダ圧の変化を示したものである。

　ジェット強度は、サイクルごとに一定の値をとらない。ここでは、４２サイクルの中で、最大圧力（Ｐｍａｘ）が大きい１０サイクルをPmax large cycleとし、領域１０１で表す。Ｐｍａｘが小さい１０サイクルをPmax small cycleとし、領域１０３で表す。また、Ｐｍａｘが平均的な２２サイクルをPmax average cycleとし、領域１０２で表す。なお、副室４２を有さないエンジンでは、Pmax average cycleで表される領域１０２の付近で通常燃焼が行われる。

　図１１は、最大圧力の変化に応じた点火装置５０の１次電圧の変化の様子を示す図である。図１１に示す各グラフは、横軸をクランク角［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］、縦軸を点火装置５０の１次電圧［Ｖ］として、クランク角に対する１次電圧の変化を示したものである。各グラフのPmax large cycle，Pmax average cycle， Pmax small cycleは、図１０に示した領域１０１～１０３ごとの値を表す。ここで、図１１に示すグラフ１１１では、Pmax large cycleを実線で表し、グラフ１１２ではPmax small cycleを破線で表し、グラフ１１３ではPmax average cycleを一点鎖線で表している。

　図１１の上側には、クランク角が７００［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］の時に、点火信号が立ち下がってオフされたことが示される。点火信号がオフされると、点火装置５０の１次電圧が大きく変動する。図１１の下側に示すように、クランク角が７０１～７０２［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］の間で１次電圧が変化している。そして、グラフ１１１～１１３より、Pmax large cycle，Pmax average cycle，Pmax small cycleの順で点火直後の電圧の変化が大きいことが分かる。なお、１次電圧の変化する周期は一定であるので、図４に示したジェット強度推定部５１は、所定の周波数の１次電圧を出力するバンドパスフィルタ等を活用することで、ジェット強度を推定するための１次電圧の変動幅（振幅）を検出可能である。

＜１次電圧の変動幅の検出方法＞　ここで、ジェット強度推定部５１が、火炎ジェット４４のジェット強度を推定するために、１次電圧の変動幅を検出する方法について、図１２～図１６を参照して説明する。

　図１２は、点火信号と、点火装置５０の１次電圧との関係を示す図である。
　点火信号（点火パルス）がオンされると、点火装置５０の１次電圧は低下する。点火信号がオンされる期間は、上述した図５に示したように所定のパルス幅（Ｗ２）で規定される。そして、点火信号がオフされると、１次電圧が大きく変動した後、元の値に戻る。

　ここで、１次電圧に山と谷が発生する時間は、約８０μ秒であることが判明している。しかし、１次電圧の変動時の変動幅（振幅）は不明であった。そこで、ジェット強度推定部５１は、以下に説明する振幅検出回路１２０を用いて、点火装置５０の１次電圧の振幅、すなわち１次電圧の変動幅を検出し、ジェット強度を推定する。

　図１３は、振幅検出回路１２０の内部構成例を示すブロック図である。
　振幅検出回路１２０は、バンドパスフィルタ１２１、最小値抽出部１２２、最大値抽出部１２３、検出窓１２４及び１次電圧変動幅出力部１２５を備える。振幅検出回路１２０の各部による処理は、サイクルごとに行われる。

　バンドパスフィルタ１２１は、点火装置５０から入力する１次電圧の特徴を強調するため、所定帯域の１次電圧を抽出する。バンドパスフィルタ１２１のフィルタ処理は、点火信号がオフされたタイミングをトリガとして開始される。そして、バンドパスフィルタ１２１は、抽出した１次電圧を、最小値抽出部１２２及び最大値抽出部１２３に出力する。

　最小値抽出部１２２は、検出窓１２４で決定される抽出期間内で１次電圧の最小値を抽出する。
　最大値抽出部１２３は、検出窓１２４で決定される抽出期間内で１次電圧の最大値を抽出する。
　１次電圧変動幅出力部１２５は、最小値抽出部１２２が抽出した１次電圧の最小値と、最大値抽出部１２３が抽出した１次電圧の最大値との差分をとって、１次電圧変動幅として出力する。この１次電圧変動幅が、ジェット強度として推定された値として用いられる。

　ここで、振幅検出回路１２０の動作例について説明する。
　図１４は、点火装置５０の１次電圧が変動する様子と、バンドパスフィルタ１２１及び微分フィルタの出力の様子とを示す図である。各図の横軸はクランク角をとる。

　図１４の上側には、点火装置５０の１次電圧が変動する様子が示される。１次電圧が変動することは、既に図１１を参照して説明したとおりである。このように変動する１次電圧が入力されたバンドパスフィルタ１２１からの出力値は、図１４の中央に示す波形のグラフで表される。なお、図１４の下側には、後述する図１６に示す微分フィルタからの出力を示す波形のグラフが示される。

　振幅検出回路１２０は、例えば、点火パルスの立上がりから、一定時間Ｄｓが経過すると、バンドパスフィルタ１２１からの出力に対して最小値と最大値の探索を開始する。最小値抽出部１２２による出力の最小値の探索は、検出窓１２４の区間（長さＤｗ）で実施され、検出窓１２４の区間が終了すると、最小値の探索も終了する。同じく、最大値抽出部１２３による出力の最大値の探索は、検出窓１２４の区間で実施されるが、最小値抽出部１２２により出力の最小値が抽出されると、最大値の探索も終了する。このため、出力の最大値の探索は、検出窓１２４の区間終了よりも早く終了することがある。

　そして、１次電圧変動幅出力部１２５は、探索された出力の最大値と最小値の差を取ることで、点火装置５０の１次電圧の変動幅を出力する。この１次電圧の変動幅が、推定されたジェット強度として以降の処理で用いられる。

　図１５は、バンドパスフィルタ１２１の出力特性を示すグラフである。バンドパスフィルタ１２１は、設定された下限周波数及び上限周波数の範囲で１次電圧を出力可能である。下限周波数と上限周波数の真ん中に中心周波数をとる。下限周波数及び上限周波数は、事前に調べておいた、点火プラグ４０が混合気を点火する際の１次電圧のばらつきに基づいて定義される。

　なお、図１３に示した振幅検出回路１２０では、バンドパスフィルタ１２１を用いた構成例としたが、バンドパスフィルタ１２１の代わりに、微分フィルタを用いてもよい。
　図１６は、微分フィルタの出力特性を示すグラフの例を示す図である。
　図１６に示す微分フィルタの出力特性により、下限周波数及び上限周波数の範囲で１次電圧が出力される。微分フィルタの出力の様子は、上述した図１４の下側のグラフに示される。微分フィルタから１次電圧が出力された後、１次電圧の最大値及び最小値が抽出される処理は、バンドパスフィルタ１２１を用いて行われた処理と同様である。

＜ジェット強度のＬｅｖｅｌ分け＞　以上のように、ジェット強度推定部５１は、ジェット燃焼用の点火プラグ４０を制御する点火装置５０の１次電圧の変化に基づいて、ジェット強度を推定できる。その結果、エンジン制御部５２は、ジェット燃焼の等容度やサイクル変化を制御することができる。つまり、内燃機関制御部（エンジン制御部５２）は、火炎ジェットの強度（ジェット強度）の平均値を所定の領域に分け、領域ごとに分けた平均値、及び平均値の変動率に基づいて、副燃焼室（副室４２）の内部の燃焼状態を判定し、内燃機関（エンジン１）を制御することが可能となる。

　ここで、ジェット強度をＬｅｖｅｌ分けする方法について説明する。
　図１７は、ジェット強度とジェット強度変動に応じてＬｅｖｅｌ分けされるジェット強度の例を示す図である。図１７の横軸を点火装置５０の１次電圧の電圧変動幅（サイクル平均値）とし、縦軸を点火装置５０の１次電圧の電圧変動率とする。なお、１次電圧の電圧変動幅（サイクル平均値）は、ジェット強度と読み替えられる。また、１次電圧の電圧変動率は、ジェット強度変動と読み替えられる。

　エンジン制御部５２は、１次電圧の電圧変動幅を算出することで、ジェット強度が３つのＬｅｖｅｌ（Ｌｅｖｅｌ１，２，３）のいずれかに属するか、又はジェット強度が３つのＬｅｖｅｌのいずれにも属さないかを判定する。このようにジェット強度を３つのＬｅｖｅｌに分けて判定することを「Ｌｅｖｅｌ分け」と呼ぶ。具体的には、エンジン制御部５２が、１次電圧の電圧変動幅に基づいて、ジェット強度を３つの領域に分けることが可能である。なお、ジェット強度のＬｅｖｅｌ毎に図中に太線枠内で囲って示す安定燃焼領域１３１から外れると、失火が発生したり、プレイグニッション等の異常燃焼が発生したりする。

　例えば、ジェット強度が低いＬｅｖｅｌ１の場合、１次電圧の電圧変動率が大きい、又はジェット強度が小さい、すなわち安定燃焼領域１３１の下限となる電圧変動幅より小さいときには、副室４２内で失火が発生している。失火は、エンジン１が低出力条件、又は副室温度が低いときに発生しやすい。また、Ｌｅｖｅｌ１の範囲で、電圧変動率が閾値ｔｈ１以上である場合にも、失火が発生する。そこで、内燃機関制御部（エンジン制御部５２）は、平均値（サイクル平均値）が第１領域（Ｌｅｖｅｌ１）に含まれ、かつ、平均値の変動率が第１閾値（閾値ｔｈ１）以上である場合、又は、平均値（サイクル平均値）が第１領域（Ｌｅｖｅｌ１）よりも小さい場合に、点火タイミングを進角とする制御、及び、副燃焼室（副室４２）に設置された加熱装置（副室ヒータ４６）により副燃焼室（副室４２）を加熱する制御のうち、少なくともいずれか一つの制御を選択して、内燃機関（エンジン１）を制御する。

　ジェット強度がＬｅｖｅｌ１より大きいＬｅｖｅｌ２の場合、電圧変動率が大きいときは、適正な点火タイミングとは異なるタイミングで燃焼が発生するため、エンジン１にはプレイグニッションやノッキング等が生じる。点火タイミングが異常となる現象は、加速時やエンジン１の再始動直後など、エンジン１の制御パラメータの過渡変化時に、副室温度が想定温度以上になった場合に発生する。特に、ジェット強度がＬｅｖｅｌ２の範囲で、電圧変動率が閾値ｔｈ２以上である場合、プレイグニッション等の異常燃焼が発生する。そこで、内燃機関制御部（エンジン制御部５２）は、平均値（サイクル平均値）が第１領域（Ｌｅｖｅｌ１）よりも大きい第２領域（Ｌｅｖｅｌ２）に含まれ、かつ、平均値の変動率が第１閾値（閾値ｔｈ１）未満であり、第１閾値（閾値ｔｈ１）より小さい第２閾値（閾値ｔｈ２）以上である場合に、点火タイミングをリタードする制御、副燃焼室（副室４２）を冷却媒体で冷却する制御、及び内燃機関（エンジン１）の運転点（回転数、トルク）を変更する制御のうち、少なくともいずれか一つの制御を選択して、内燃機関（エンジン１）を制御する。

　ジェット強度がＬｅｖｅｌ２より大きいＬｅｖｅｌ３の場合、サイクル変動が大きいときは、Ｌｅｖｅｌ２と同様の事象となる。また、Ｌｅｖｅｌ３の範囲で、電圧変動率が閾値ｔｈ３以上である場合、プレイグニッション等の異常燃焼が発生する。また、電圧変動幅（サイクル平均値）が安定燃焼領域１３１の上限より大きくなると、シリンダ圧の最大圧力（Ｐｍａｘ）が過大となり、エンジン１の燃焼音が大きくなったり、エンジン１が故障につながったりする。このシリンダ圧の最大圧力（Ｐｍａｘ）が過大となる現象は、エンジン１の最大出力領域での運転時に使用される燃料の燃料性状や環境温度の変化、部品の経年変化等に起因して発生する。そこで、内燃機関制御部（エンジン制御部５２）は、平均値（サイクル平均値）が第２領域（Ｌｅｖｅｌ２）よりも大きい第３領域（Ｌｅｖｅｌ３）に含まれ、かつ、平均値の変動率が第２閾値（閾値ｔｈ２）未満であり、第２閾値（閾値ｔｈ２）より小さい第３閾値（閾値ｔｈ３）以上である場合、又は、平均値（サイクル平均値）が第３領域（Ｌｅｖｅｌ３）よりも大きい場合に、点火タイミングをリタードする制御、副燃焼室（副室４２）を冷却媒体で冷却する制御、及び内燃機関（エンジン１）の運転点（回転数、トルク）を変更する制御のうち、少なくともいずれか一つの制御を行う。

　このようにエンジン制御回路２４は、ジェット強度又はジェット強度変動が安定燃焼領域１３１から外れた際には、適切な制御量に補正してエンジン１を制御する。なお、ジェット強度及びジェット強度変動のいずれもが安定燃焼領域１３１内にある時は、エンジン制御回路２４は、正常燃焼であると判定する。そして、内燃機関制御部（エンジン制御部５２）は、平均値（サイクル平均値）が、第１領域（Ｌｅｖｅｌ１）に含まれ、かつ変動率が第１閾値（閾値ｔｈ１）以下である場合、平均値（サイクル平均値）が、第２領域（Ｌｅｖｅｌ２）に含まれ、かつ変動率が第２閾値（閾値ｔｈ２）以下である場合、又は平均値（サイクル平均値）が、第３領域（Ｌｅｖｅｌ３）に含まれ、かつ変動率が第３閾値（閾値ｔｈ３）以下である場合に、排気再循環弁（ＥＧＲ弁２６）の開度を大きくする制御、スロットル開度を大きくする制御、及び燃料噴射量を多くする制御のうち、少なくともいずれか一つの制御を選択して、内燃機関（エンジン１）を制御する。

＜エンジン制御部の処理の例＞　本実施の形態に係る内燃機関制御部（エンジン制御部５２）は、１次コイル（１次コイル６３）の通電遮断後の１次電圧の立下りの設定サイクルにおける平均値と、平均値の変動率とを算出し、平均値及び変動率に基づいて、点火タイミング、排気再循環弁（ＥＧＲ弁２６）の開度、スロットル開度、又は燃料噴射量を制御する。以下に具体的な、エンジン制御回路２４の処理の例について説明する。
　図１８は、エンジン制御回路２４が、エンジン１におけるジェット強度Ｌｅｖｅｌを判定し、制御量を補正する処理の例を示すフローチャートである。

　始めに、図４に示したジェット強度推定部５１は、エンジン１の回転数、トルク、Ａ／Ｆ、水温を把握する（Ｓ１）。「水温」とは、エンジン１を冷却するクーラントのクーラント温度である。そして、ジェット強度推定部５１は、これらの情報に基づいて、点火制御（１次コイル６３のチャージ時間、点火タイミング）、噴射制御（噴射パルス幅、噴射時期）、ＥＧＲ弁開度、最適ジェット強度、ジェット強度の上下限値、ジェット強度変化の変動率最大値を決める（Ｓ２）。

　次に、ジェット強度推定部５１は、ジェット強度を推定する（Ｓ３）。ジェット強度の推定は、ジェット強度推定部５１が、点火装置情報に含まれる、点火装置５０の１次電圧の変化を検出して推定するのが望ましい。ただし、ジェット強度推定部５１は、点火装置情報に含まれる、点火装置５０の１次電流、２次電流、又は２次電圧の変化を検出することでジェット強度を推定してもよい。なお、ジェット強度推定部５１がジェット強度を推定する際には、各種の制御条件を固定したままとしておく。

　次に、エンジン制御部５２は、ジェット強度のＬｅｖｅｌを判定する（Ｓ４）。ジェット強度のＬｅｖｅｌは、図１７に示した手法で判定される。

　エンジン制御部５２は、ジェット強度をＬｅｖｅｌ１と判定した場合、ジェット燃焼の暖機判定を実施する（Ｓ５）。ジェット燃焼の暖機判定は、水温と、ジェット強度との関係に基づいて行われ、暖気の前後が判定される。例えば、１次電圧の電圧変動率が、図１７に示した安定燃焼領域１３１から外れ、失火判定した場合に、エンジン制御部５２は、ジェット燃焼が暖気前と判定する。

　ここで、水温と、ジェット強度との関係について説明する。
　図１９は、ジェット燃焼の暖気前後を判定するために参照されるグラフの例を示す図である。このグラフの横軸を水温とし、縦軸を１次電圧の電圧変動幅（サイクル平均値）とする。図１９に示すグラフ１４１より、例えば、エンジン１の始動開始直後の水温ＷＴ０からエンジン１が定常運転するときの水温ＷＴ１までは、水温が上昇するにつれて、ジェット強度すなわち１次電圧の電圧変動幅も大きくなることが示される。そして、水温ＷＴ１より高い水温では、ジェット強度、すなわち１次電圧の電圧変動幅が変化しなくなることが示される。

　そこで、水温及び１次電圧の電圧変動幅の各値がグラフ１４１より下側の領域にあれば、エンジン制御部５２は、暖気前と判定する。一方、水温及び１次電圧の電圧変動幅の各値がグラフ１４１より上側の領域にあれば、エンジン制御部５２は、暖気後と判定する。

　具体的には、エンジン１を定常運転する時に比べ、エンジン１の始動時及び停止時には、水温と副室温度との差が大きくなり、ジェット強度が変化する。例えば、水温は低くても副室温度が高い場合は、所定のジェット強度以上となるので、エンジン制御部５２は、副室４２を暖機後と判定する。この場合、図１８に示すようにステップＳ９に処理が移行する。一方、水温が高くても副室温度が低い場合は、所定のジェット強度未満となるので、エンジン制御部５２は、副室４２を暖機前と判定する。この場合、図１８に示すようにステップＳ６に処理が移行する。

　エンジン制御部５２は、副室４２を暖機前と判定した場合に、暖機運転モードに切り替える（Ｓ６）。暖機運転モードでは、エンジン制御部５２が、副室４２の温度を高めるための暖機制御を行う。エンジン制御部５２は、図３に示した副室ヒータ４６を通電して、副室４２の温度を高める制御（ヒーティング）を行う。また、エンジン制御部５２は、点火タイミングを早め、副室４２の温度を高める制御を行う。ステップＳ６の後、エンジン制御回路２４は、リターン処理を行う。本実施の形態に係るリターン処理では、ステップＳ１に戻り、図１８に示す処理が繰り返して行われる。

　また、エンジン制御部５２がステップＳ６の暖気制御を行う際、既に点火タイミングを遅角化することで、図１に示す排気管３３に装着された三元触媒１０の暖機制御を行っている場合、三元触媒１０の暖機制御（図中では「触媒制御」と記載）を優先して行う。例えば、三元触媒１０の上流に加熱用の触媒ヒータ１６が設置される構成であれば、触媒ヒータ１６を加熱することで三元触媒１０の暖機制御を優先して行う。そして、エンジン制御部５２は、三元触媒１０を暖気した後、点火タイミングの進角化等の制御を実施する。

　ステップＳ５にて、エンジン制御部５２は、副室４２を暖機後と判定した場合、熱効率を高めるための制御（高熱効率化制御）を実施する（Ｓ９）。具体的には、点火エネルギーを最適化（最小化）するために、エンジン制御部５２は、キャパシタ６５（図６を参照）へのチャージ時間を制御する。また、燃料に対する不活性ガスの割合（以下、「Ｇ／Ｆ」と記載する）を高めるための制御を実施する。図中に記載した限界Ｇ／Ｆとは、エンジン制御部５２が、通常のＧ／Ｆよりも高い値を探索する制御のことを表す。ステップＳ９の後、エンジン制御回路２４は、リターン処理を行う。

　不活性ガスは、エンジン制御部５２が、エンジン１に供給するＥＧＲ量、過剰空気量のいずれか一つ以上を高めるか、又は燃料噴射パルス幅（Ｗ１）を小さくすることで増加することが可能である。また、ＥＧＲ量は、エンジン制御部５２が、ＥＧＲ弁２６の開度（「ＥＧＲ弁開度」と呼ぶ）を大きくする制御で調整することが可能である。また、過剰空気量は、エンジン制御部５２が、電子制御スロットル４のスロットル開度を大きくして空気量を増加する、又は過給圧力を高めるといった制御で調整する。なお、高熱効率制御の際、エンジン制御部５２は、ジェット強度呼び１次電圧の電圧変動率が、図１７に示す安定燃焼領域１３１に入るよう点火タイミングを制御する。

　ステップＳ４でジェット強度がＬｅｖｅｌ２と判定された場合、エンジン制御部５２は、図１７に従って、ジェット燃焼の異常燃焼判定を実施する（Ｓ７）。エンジン制御部５２が、ジェット燃焼の異常ありと判定した場合、プレイグニッション判定を行った後（Ｓ８）、接続子Ａで示されるようにリターン処理を行う。プレイグニッション判定では、エンジン制御部５２が、副室４２の強制冷却を実施する。副室４２の強制冷却は、点火プラグ４０の点火タイミングを遅角化する制御、副室クーラ４７を使用して副室４２近傍の冷却媒体の流量を増加する制御、及び副室クーラ４７を使用して副室４２を冷却する冷却媒体の温度を下げる制御のうち、少なくともいずれか一つ以上の制御が選択されて実施される。

　その他に、エンジン制御部５２は、プレイグニッション判定した場合に、エンジン１の運転点（回転数、トルク）を制御する。例えば、エンジン制御部５２は、エンジン１の回転数を下げ、トルクを高める制御を行うことで、副室４２の温度を下げることが可能となる。なお、エンジン制御部５２は、ステップＳ７でジェット燃焼の異常なしと判定した場合、ステップＳ９に移行して、上述した高熱効率化制御を実施する。

　ステップＳ４でジェット強度がＬｅｖｅｌ３と判定された場合、エンジン制御部５２は、図１７に従って、ジェット燃焼の異常燃焼判定を実施する（Ｓ１０）。エンジン制御部５２が、ジェット燃焼の異常ありと判定した場合、プレイグニッション判定かＰｍａｘ過大判定かを決定する（Ｓ１１）。その際、エンジン制御部５２は、図１７に示すようにジェット強度が安定燃焼領域１３１よりも大きい場合は最大圧力（Ｐｍａｘ）を過大判定とし、ジェット強度変動が安定燃焼領域１３１よりも大きいときはプレイグニッション判定とする。ステップＳ１１の後、エンジン制御回路２４は、リターン処理を行う。

　エンジン制御部５２は、プレイグニッション判定を決定すると、前述したステップＳ８と同様の制御を実施する。また、エンジン制御部５２は、インジェクタ１３のノズルを強制冷却する制御も実施する。

　また、エンジン制御部５２は、Ｐｍａｘ過大判定を決定すると、高Ｇ／Ｆ化制御を実施する。具体的には、ＥＧＲ弁２６の開度を高め、ＥＧＲ率を高める制御、エンジン１に吸入する空気量を増大する制御、副室４２に設置された点火プラグ４０の点火タイミングを遅角化制御する制御、ＥＧＲ弁２６の開度を高める制御、及び、エンジン１に供給する燃料量を小さくするよう噴射パルス幅を狭くする制御のうち、少なくともいずれか一つ以上の制御を実施する。

　エンジン制御部５２が、ステップＳ１１に示す各制御を実施することで、ジェット強度呼び１次電圧の電圧変動率を、図１７に示す安定燃焼領域１３１に入れることが可能となる。これにより、プレイグニッションによるピストンリング等のエンジン故障や、Ｐｍａｘ過大によるコンロッド等の機械部品の破壊を抑制できる。

　以上説明した第１の実施の形態に係るＥＣＵ２０は、副室４２と主室３７とを有するエンジン１の動作を制御する際、副室４２に装着された点火プラグ４０に接続された点火装置５０に流れる電流、電圧に基づいて副室４２内で発生する火炎ジェット４４のジェット強度を推定する。ここで、点火プラグ４０に新たなセンサ等を設けなくても、ＥＣＵ２０がジェット強度を推定して判定した副燃焼室の内部の燃焼状態に基づいてエンジン１の制御対象を適切に制御することができる。

　ここで、エンジン１の制御対象としては、例えば、点火プラグ４０の点火タイミング、インジェクタ１３の燃料噴射タイミング及び噴射量、ＥＧＲ量、空気量の制御がある。そして、低コストで構成したジェット燃焼システム５５により、失火、燃焼不安定、プレイグニッション、燃焼圧力リミットを抑えるロバスト性の高い燃焼を実現することが可能となる。

　本実施の形態に係るエンジン制御回路２４のジェット強度推定部５１は、ジェット強度を推定し、エンジン制御部５２が、推定されたジェット強度をＬｅｖｅｌ分けする。そして、エンジン制御部５２が、Ｌｅｖｅｌごとに適切な制御量でエンジン１の各部の動作を制御する。このようにエンジン制御回路２４は、エンジン１の幅広い運転域、運転環境にて、ロバスト性の高い燃焼を実現しつつ、副室４２を有する点火プラグ４０を備えたジェット燃焼システム５５を最大限に適用し、エンジン１を高効率に運転することが可能となる。

［第２の実施の形態］　次に、本発明の第２の実施の形態に係るジェット燃焼システムを備えたエンジンの構成例及び制御例について、図２０と図２１を参照して説明する。
　図２０は、第２の実施の形態に係るジェット燃焼システム５５と、火花燃焼システム５５Ａとを備えるエンジン１Ａの構成例を示す図である。

　内燃機関（エンジン１Ａ）は、燃料噴射装置（インジェクタ１３）が噴射する燃料と、吸気系から吸気される空気とが混合された混合気が、ピストンに面する主燃焼室（主室３７）で燃焼するシリンダと、主燃焼室（主室３７）の内部に取り付けられ、主燃焼室（主室３７）にある混合気を点火する第１点火プラグ（点火プラグ４０Ａ）と、第１点火タイミングで第１点火プラグ（点火プラグ４０Ａ）に電流を供給する第１点火装置（点火装置５０Ａ）と、主燃焼室（主室３７）に連通し、主燃焼室（主室３７）から混合気を取り込む副燃焼室（副室４２）と、副燃焼室（副室４２）の内部に取り付けられ、副燃焼室（副室４２）の内部で混合気を着火して発生した火炎ジェット（火炎ジェット４４）を主燃焼室（主室３７）に噴射して、主燃焼室（主室３７）にある混合気を点火する第２点火プラグ（点火プラグ４０）と、１次コイル（１次コイル６３（図６を参照））及び２次コイル（２次コイル６４（図６を参照））を有し、第２点火タイミングで第２点火プラグ（点火プラグ４０）に２次電流を供給する第２点火装置（点火装置５０）と、を備える。そして、第２の実施の形態に係る内燃機関制御装置（ＥＣＵ２０）は、内燃機関（エンジン１Ａ）の出力を制御する。

　第２の実施の形態に係るジェット強度推定部（ジェット強度推定部５１）は、第２点火装置（点火装置５０）の１次コイル（１次コイル６３）に通電される１次電流、１次コイル（１次コイル６３）に印加される１次電圧、２次コイル（２次コイル６４）に通電される２次電流、及び２次コイル（２次コイル６４）に印加される２次電圧のうち、少なくともいずれか一つにより、火炎ジェットの強度（ジェット強度）を推定する。また、第２の実施の形態に係る内燃機関制御部（エンジン制御部５２）は、推定された火炎ジェットの強度（ジェット強度）により判定した副燃焼室（副室４２）の内部の燃焼状態に基づいて、内燃機関（エンジン１Ａ）を制御する。

　エンジン１Ａが備えるジェット燃焼システム５５は、ジェット燃焼が可能な副室４２を主室３７の側壁に設けた構成としている。また、エンジン１Ａが備える火花燃焼システム５５Ａは、副室４２を有さない従来の構成とした点火プラグ４０Ａを主室３７の天面に設けた構成としている。点火プラグ４０Ａが有する、混合気を点火可能な電極４１Ａは、主室３７内に露出して設けられている。点火プラグ４０Ａの点火等は、点火プラグ４０Ａに接続された点火装置５０Ａによって制御される。なお、図示しないものの第１点火プラグ（点火プラグ４０Ａ）及び第１点火装置（点火装置５０Ａ）で構成される火花燃焼システム５５Ａにおいても、図６に示したジェット燃焼システム５５と同様の構成とした１次コイル、２次コイル等を備える。

　このようにエンジン１Ａは、気筒ごとに点火プラグ４０，４０Ａ、及び点火装置５０，５０Ａを設置した構成である。燃料は、吸気管３１に接続されたインジェクタ１３により供給され、吸気弁３２が開くと主室３７に導入される。インジェクタ１３、吸気弁３２、排気弁３４、及び点火装置５０，５０Ａは、それぞれＥＣＵ２０により動作が制御される。

　本実施の形態に係るジェット燃焼システム５５は、図１７に示した安定燃焼領域１３１の範囲外である時に、従来構成とした火花燃焼システム５５Ａを活用する。特に、ジェット燃焼システム５５の副室４２を、従来のような主室３７の側壁に設けられる直噴式のインジェクタと同じ位置に接続することで、火花燃焼システム５５Ａの点火プラグ４０Ａを主室３７の中央付近である従来の位置に配置できる。このため、燃焼ロバスト性をより高めることができる。

＜エンジン制御部の処理の例＞　図２１は、エンジン制御回路２４が、エンジン１Ａにおけるジェット強度Ｌｅｖｅｌを判定し、制御量を補正する処理の例を示すフローチャートである。本実施の形態では、図２０に示したように、ジェット燃焼システム５５と、火花燃焼システム５５Ａとを用いてエンジン１Ａの各部が制御される。なお、図１８で既に説明した処理と同じ処理のステップについては説明を簡素化、又は省略する。

　始めに、図４に示したジェット強度推定部５１は、エンジン１Ａの回転数、トルク、Ａ／Ｆ、水温を把握する（Ｓ２１）。次に、ジェット強度推定部５１は、点火制御のための１次コイル６３のチャージ時間、点火タイミングを決定する（Ｓ２２）。ここで、ジェット強度推定部５１は、ジェット燃焼用点火制御、従来用点火制御の両方の制御マップを用意して、各燃焼システムでの点火を制御する。なお、図１８のステップＳ２に示したように、ジェット強度推定部５１は、噴射制御、ＥＧＲ弁開度等の決定も同様に行う。

　その後、ステップＳ２３，Ｓ２４，Ｓ２５，Ｓ２７，Ｓ２８，Ｓ３０の各処理が行われる。これらの処理は、図１８のステップＳ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ１０と同様である。なお、エンジン制御部５２は、ステップＳ２８の処理の後、接続子Ｂで示されるようにリターン処理を行う。後述するステップＳ２６，Ｓ２９，Ｓ３１についても、エンジン制御部５２は、各ステップの処理の終了後にリターン処理を行う。

　ここで、エンジン制御部５２は、ステップＳ２５，Ｓ２７，Ｓ３０において、図１７に示した安定燃焼領域１３１外と判定した場合、及び図１９に示した暖機前判定とした場合、ステップＳ２６，Ｓ２８，Ｓ３１にて点火プラグ４０Ａによる従来の点火燃焼を実施する（図中では、「従来点火制御」と記載する）。
　一方、エンジン制御部５２は、ステップＳ２６，Ｓ２８，Ｓ３１以外の処理では、図１８に示した、ジェット燃焼システム５５を用いた制御と同じ火炎ジェット４４を用いたジェット燃焼による制御を実施する。

　エンジン制御部５２が、火花燃焼システム５５Ａを用いて火花点火燃焼を実施する場合について説明する。例えば、エンジン１Ａが極低温環境（例えば、氷点下）で使用される際は、ジェット強度が極めて弱くなる。この場合、副室温度が冷えすぎるので、１次電圧の電圧変動幅は、図１７に示したＬｅｖｅｌ１より左側の失火の位置にある。つまり、ステップＳ２５でエンジン制御部５２が暖気前判定したときの１次電圧の電圧変動幅は、図１９に示した暖気後判定に対して、所定値以上に離れてしまう。

　この場合、エンジン制御部５２は、副室温度を早く上げ、１次電圧の電圧変動幅と電圧変動率が図１７に示したＬｅｖｅｌ１の範囲に入れなければ、ジェット燃焼システム５５を安定して使用することができない。そこで、エンジン制御部５２は、点火装置５０Ａに点火信号を入力し、点火プラグ４０Ａにより、主室３７内の混合気を従来の点火燃焼で燃焼させる。主室３７内で従来の点火燃焼が行われると、副室温度が早く上昇するため、暖機運転にかかる時間を短縮できる。

　この際、エンジン制御部５２は、点火装置５０に点火信号を入力しておき、点火プラグ４０で発生する火炎ジェット４４のジェット強度を監視しておく。そして、エンジン制御部５２は、ステップＳ２５の暖機判定時に、図１９のグラフに示される暖機後判定の値（電圧変動幅の値）に到達した時点で、エンジン制御部５２は、点火装置５０Ａに入力していた点火信号を遮断し、従来の点火燃焼からジェット燃焼への制御に切り替える。

　また、エンジン制御部５２は、ステップＳ２８、Ｓ３１にてプレイグニッションと判定した場合、図１８にて説明した手法により、副室４２の強制冷却制御、又は運転点制御を実施する。それでも制御範囲内でプレイグニッションが収まらない場合、エンジン制御部５２は、点火装置５０に入力していた点火信号を遮断して、ジェット燃焼を停止する。そして、エンジン制御部５２は、点火装置５０Ａに点火信号を入力し、従来の点火燃焼を実施する。このような制御により、副室温度が低下し、プレイグニッションを抑制することが可能となる。

　また、エンジン制御部５２は、ステップＳ３１にてシリンダ圧の最大圧力（Ｐｍａｘ）が過大と判定した場合において、ジェット燃焼の点火パルス遅角化制御、又は高Ｇ／Ｆ制御を実施しても図１７の安定燃焼領域１３１に制御できない場合、エンジン制御部５２は、点火装置５０に入力していた点火信号を遮断して、ジェット燃焼を停止する。そして、エンジン制御部５２は、点火装置５０Ａに点火信号を入力し、従来の点火燃焼を実施する。このような制御により、副室温度が低下し、シリンダ圧の最大圧力（Ｐｍａｘ）を抑制することが可能となる。

　このように、内燃機関制御部（エンジン制御部５２）は、平均値が第１領域（Ｌｅｖｅｌ１）に含まれ、かつ、平均値の変動率が第１閾値（閾値ｔｈ１）以上である場合、又は、平均値が第１領域（Ｌｅｖｅｌ１）よりも小さい場合に、第１点火装置（点火装置５０）への電流を供給する制御、第２点火タイミングを進角とする制御、及び、副燃焼室（副室４２）に設置された加熱装置（副室ヒータ４６）により副燃焼室（副室４２）を加熱する制御のうち、少なくともいずれか一つの制御を選択して、内燃機関（エンジン１）を制御する。

　また、内燃機関制御部（エンジン制御部５２）は、平均値が第１領域（Ｌｅｖｅｌ１）よりも大きい第２領域（Ｌｅｖｅｌ２）に含まれ、かつ、平均値の変動率が第１閾値（閾値ｔｈ１）未満であり、第１閾値（閾値ｔｈ１）より小さい第２閾値（閾値ｔｈ２）以上である場合に、第２点火タイミングをリタードする制御、副燃焼室（副室４２）を冷却媒体で冷却する制御、内燃機関（エンジン１）の運転点（回転数、トルク）を変更する制御、及び第２点火装置（点火装置５０）が第２点火プラグ（点火プラグ４０）に供給する２次電流を遮断し、第１点火装置（点火装置５０）への電流を供給する制御のうち、少なくともいずれか一つの制御を選択して、内燃機関（エンジン１）を制御する。

　また、内燃機関制御部（エンジン制御部５２）は、平均値が第２領域（Ｌｅｖｅｌ２）よりも大きい第３領域（Ｌｅｖｅｌ３）に含まれ、かつ、平均値の変動率が第２閾値（閾値ｔｈ２）未満であり、第２閾値（閾値ｔｈ２）より小さい第３閾値（閾値ｔｈ３）以上である場合、又は、平均値が第３領域（Ｌｅｖｅｌ３）よりも大きい場合に、第２点火タイミングをリタードする制御、副燃焼室（副室４２）を冷却媒体で冷却する制御、及び内燃機関（エンジン１）の運転点（回転数、トルク）を変更する制御、及び第２点火装置（点火装置５０）が第２点火プラグ（点火プラグ４０）に供給する２次電流を遮断し、第１点火装置（点火装置５０）への電流を供給する制御のうち、少なくともいずれか一つの制御を行う。すなわち、エンジン制御部５２は、熱効率を高めるための制御（高熱効率化制御）を実施する（Ｓ２９）。高熱効率化制御は、図１７のステップＳ９にて説明したのと同様の制御である。

　以上説明した第２の実施の形態に係るジェット燃焼システム５５及び火花燃焼システム５５Ａにおいても、エンジン制御回路２４が、ジェット強度を推定し、推定したジェット強度をＬｅｖｅｌ分けして、Ｌｅｖｅｌごとに適切な制御量でエンジン１Ａの各部の動作を制御する。この際、エンジン制御部５２は、ジェット燃焼システム５５と火花燃焼システム５５Ａとを使い分けることができる。このような制御により、幅広い運転域、運転環境にて、ロバスト性の高い燃焼を実現しつつ、ジェット燃焼システム５５と火花燃焼システム５５Ａを最大限に適用し、エンジン１Ａを高効率に運転することが可能となる。

　なお、エンジン１Ａでは、ジェット燃焼システム５５を主室３７の天面に設け、火花燃焼システム５５Ａをシリンダ１４の側壁に設けた構成としてもよい。また、インジェクタ１３をシリンダ１４内に設けた構成としてもよい。また、インジェクタ１３をジェット燃焼システム５５の副室４２内に設けた構成としてもよい。

　なお、本発明は上述した各実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りその他種々の応用例、変形例を取り得ることは勿論である。
　例えば、上述した各実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために装置及びシステムの構成を詳細かつ具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、ここで説明した実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることは可能であり、さらにはある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。
　また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

　１…エンジン、４…電子制御スロットル、１２…アクセル開度センサ、１３…インジェクタ、１４…シリンダ、２０…ＥＣＵ、２４…エンジン制御回路、３５…ピストン、３７…主室、３８…シリンダ、４０…点火プラグ、４１…電極、４２…副室、４５…副室形成部材、５０…点火装置、５１…ジェット強度推定部、５２…エンジン制御部、５５…ジェット燃焼システム

Claims

　燃料噴射装置が噴射する燃料と、吸気系から吸気される空気とが混合された混合気が、ピストンに面する主燃焼室で燃焼するシリンダと、
　前記主燃焼室に連通し、前記主燃焼室から前記混合気を取り込む副燃焼室と、
　前記副燃焼室の内部に取り付けられ、前記副燃焼室の内部で前記混合気を着火して発生した火炎ジェットを前記主燃焼室に噴射して、前記主燃焼室にある前記混合気を点火する点火プラグと、
　１次コイル及び２次コイルを有し、所定の点火タイミングで前記点火プラグに２次電流を供給する点火装置と、を備える内燃機関の出力を制御する内燃機関制御装置であって、　前記点火装置の前記１次コイルに通電される１次電流、前記１次コイルに印加される１次電圧、前記２次コイルに通電される前記２次電流、及び前記２次コイルに印加される２次電圧のうち、少なくともいずれか一つにより、前記火炎ジェットの強度を推定するジェット強度推定部と、
　推定された前記火炎ジェットの強度により判定した前記副燃焼室の内部の燃焼状態に基づいて、前記内燃機関を制御する内燃機関制御部と、を備える
　内燃機関制御装置。
　前記ジェット強度推定部は、前記１次コイルへの通電が遮断された後の前記１次電圧の立下りの変化量が大きいほど、前記火炎ジェットの強度が大きいものと推定する
　請求項１に記載の内燃機関制御装置。
　前記内燃機関制御部は、前記火炎ジェットの強度の平均値を所定の領域に分け、前記領域ごとに分けた前記平均値、及び前記平均値の変動率に基づいて、前記副燃焼室の内部の燃焼状態を判定し、前記内燃機関を制御する
　請求項２に記載の内燃機関制御装置。
　前記内燃機関制御部は、前記１次コイルの通電遮断後の前記１次電圧の立下りの設定サイクルにおける前記平均値と、前記平均値の変動率とを算出し、前記平均値及び前記変動率に基づいて、前記点火タイミング、排気再循環弁の開度、スロットル開度、又は燃料噴射量を制御する
　請求項３に記載の内燃機関制御装置。
　前記内燃機関制御部は、前記平均値が第１領域に含まれ、かつ、前記平均値の変動率が第１閾値以上である場合、又は、前記平均値が前記第１領域よりも小さい場合に、前記点火タイミングを進角とする制御、及び、前記副燃焼室に設置された加熱装置により前記副燃焼室を加熱する制御のうち、少なくともいずれか一つの制御を選択して、前記内燃機関を制御する
　請求項４に記載の内燃機関制御装置。
　前記内燃機関制御部は、前記平均値が前記第１領域よりも大きい第２領域に含まれ、かつ、前記平均値の変動率が前記第１閾値未満であり、前記第１閾値より小さい第２閾値以上である場合に、前記点火タイミングをリタードする制御、前記副燃焼室を冷却媒体で冷却する制御、及び前記内燃機関の運転点を変更する制御のうち、少なくともいずれか一つの制御を選択して、前記内燃機関を制御する
　請求項５に記載の内燃機関制御装置。
　前記内燃機関制御部は、前記平均値が前記第２領域よりも大きい第３領域に含まれ、かつ、前記平均値の変動率が前記第２閾値未満であり、前記第２閾値より小さい第３閾値以上である場合、又は、前記平均値が前記第３領域よりも大きい場合に、前記点火タイミングをリタードする制御、前記副燃焼室を冷却媒体で冷却する制御、及び前記内燃機関の運転点を変更する制御のうち、少なくともいずれか一つの制御を行う
　請求項６に記載の内燃機関制御装置。
　前記内燃機関制御部は、前記平均値が、前記第１領域に含まれ、かつ前記変動率が前記第１閾値以下である場合、前記平均値が、前記第２領域に含まれ、かつ前記変動率が前記第２閾値以下である場合、又は前記平均値が、前記第３領域に含まれ、かつ前記変動率が前記第３閾値以下である場合に、前記排気再循環弁の開度を大きくする制御、前記スロットル開度を大きくする制御、及び前記燃料噴射量を多くする制御のうち、少なくともいずれか一つの制御を選択して、前記内燃機関を制御する
　請求項７に記載の内燃機関制御装置。
　燃料噴射装置が噴射する燃料と、吸気系から吸気される空気とが混合された混合気が、ピストンに面する主燃焼室で燃焼するシリンダと、
　前記主燃焼室の内部に取り付けられ、前記主燃焼室にある前記混合気を点火する第１点火プラグと、
　第１点火タイミングで前記第１点火プラグに電流を供給する第１点火装置と、
　前記主燃焼室に連通し、前記主燃焼室から前記混合気を取り込む副燃焼室と、
　前記副燃焼室の内部に取り付けられ、前記副燃焼室の内部で前記混合気を着火して発生した火炎ジェットを前記主燃焼室に噴射して、前記主燃焼室にある前記混合気を点火する第２点火プラグと、
　１次コイル及び２次コイルを有し、第２点火タイミングで前記第２点火プラグに２次電流を供給する第２点火装置と、を備える内燃機関の出力を制御する内燃機関制御装置であって、
　前記第２点火装置の前記１次コイルに通電される１次電流、前記１次コイルに印加される１次電圧、前記２次コイルに通電される前記２次電流、及び前記２次コイルに印加される２次電圧のうち、少なくともいずれか一つにより、前記火炎ジェットの強度を推定するジェット強度推定部と、
　推定された前記火炎ジェットの強度により判定した前記副燃焼室の内部の燃焼状態に基づいて、前記内燃機関を制御する内燃機関制御部と、を備える　内燃機関制御装置。
　前記ジェット強度推定部は、前記１次コイルへの通電が遮断された後の前記１次電圧の立下りの変化量が大きいほど、前記火炎ジェットの強度が大きいものと推定する
　請求項９に記載の内燃機関制御装置。
　前記内燃機関制御部は、前記火炎ジェットの強度の平均値を所定の領域に分け、前記領域ごとに分けた前記平均値、及び前記平均値の変動率に基づいて、前記副燃焼室の内部の燃焼状態を判定する
　請求項１０に記載の内燃機関制御装置。
　前記内燃機関制御部は、前記１次コイルの通電遮断後の前記１次電圧の立下りの設定サイクルにおける前記平均値と、前記平均値の変動率とを算出し、前記平均値及び前記変動率に基づいて、前記第２点火タイミング、排気再循環弁の開度、スロットル開度、又は燃料噴射量を制御する
　請求項１１に記載の内燃機関制御装置。
　前記内燃機関制御部は、前記平均値が第１領域に含まれ、かつ、前記平均値の変動率が第１閾値以上である場合、又は、前記平均値が前記第１領域よりも小さい場合に、前記第１点火装置への電流を供給する制御、前記第２点火タイミングを進角とする制御、及び、前記副燃焼室に設置された加熱装置により前記副燃焼室を加熱する制御のうち、少なくともいずれか一つの制御を選択して、前記内燃機関を制御する
　請求項１２に記載の内燃機関制御装置。
　前記内燃機関制御部は、前記平均値が前記第１領域よりも大きい第２領域に含まれ、かつ、前記平均値の変動率が前記第１閾値未満であり、前記第１閾値より小さい第２閾値以上である場合に、前記第２点火タイミングをリタードする制御、前記副燃焼室を冷却媒体で冷却する制御、前記内燃機関の運転点を変更する制御、及び前記第２点火装置が前記第２点火プラグに供給する前記２次電流を遮断し、前記第１点火装置への電流を供給する制御のうち、少なくともいずれか一つの制御を選択して、前記内燃機関を制御する
　請求項１３に記載の内燃機関制御装置。
　前記内燃機関制御部は、前記平均値が前記第２領域よりも大きい第３領域に含まれ、かつ、前記平均値の変動率が前記第２閾値未満であり、前記第２閾値より小さい第３閾値以上である場合、又は、前記平均値が前記第３領域よりも大きい場合に、前記第２点火タイミングをリタードする制御、前記副燃焼室を冷却媒体で冷却する制御、及び前記内燃機関の運転点を変更する制御、及び前記第２点火装置が前記第２点火プラグに供給する前記２次電流を遮断し、前記第１点火装置への電流を供給する制御のうち、少なくともいずれか一つの制御を行う
　請求項１４に記載の内燃機関制御装置。
　前記内燃機関制御部は、前記平均値が、前記第１領域に含まれ、かつ前記変動率が前記第１閾値以下である場合、前記平均値が、前記第２領域に含まれ、かつ前記変動率が前記第２閾値以下である場合、又は前記平均値が、前記第３領域に含まれ、かつ前記変動率が前記第３閾値以下である場合に、前記排気再循環弁の開度を大きくする制御、前記スロットル開度を大きくする制御、及び前記燃料噴射量を多くする制御のうち、少なくともいずれか一つの制御を選択して、前記内燃機関を制御する
　請求項１５に記載の内燃機関制御装置。