JP2015187430A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】混合気の燃焼不良が発生したときに気筒の燃焼室内に残される未燃の燃料成分を好適に処理する。
【解決手段】点火プラグ１２の中心電極と接地電極との間に発生する火花放電と燃焼室内に臨むアンテナを介して燃焼室内に放射される電界とを相互作用させて燃焼室内にプラズマを生成し燃料に着火するアクティブ点火を実行可能なものであって、気筒の燃焼室内にて燃焼不良が発生したことを感知した場合において、気筒の燃焼室内圧力が所定以下であるときに、点火プラグ１２の電極に印加するべき火花放電用の電圧をその直前に印加した電圧よりも低め、燃焼室内に放射するべき電界をその直前に放射した電界よりも弱め、または燃焼室内に電界を放射する時間をその直前に放射した電界の放射時間よりも短くした上でアクティブ点火を再実行する。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両等に搭載される内燃機関に関する。

一般的な火花点火式内燃機関に実装されている点火装置では、イグナイタが消弧した際に点火コイルに発生する高電圧を点火プラグの中心電極に印加することで、点火プラグの中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起し、点火する。

近時では、気筒の燃焼室内にある混合気に確実に着火させ、安定した火炎を得ることができるようにするために、高周波発振器が出力する高周波またはマグネトロンが出力するマイクロ波を燃焼室内に放射する「アクティブ点火（アクティブ着火）」法が試みられている（例えば、下記特許文献を参照）。アクティブ点火法によれば、中心電極と接地電極との間の空間に高周波電界またはマイクロ波電界が形成され、この電界中で発生したプラズマが成長して、火炎伝搬燃焼の始まりとなる大きな火炎核を生成することができる。

特開２０１１−０６４１６２号公報

アクティブ点火法は、混合気への着火の確実性を高める有望な技術であるが、失火を絶対に防ぐことができるわけではない。失火が起これば、未燃の燃料成分が気筒から排気通路に排出されることになり、エミッションの悪化を招く。加えて、未燃の燃料が排気浄化用の三元触媒において酸化反応を起こし、触媒を異常に昇温させる懸念もある。

また、気筒の燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内直接噴射式の内燃機関にあっては、インジェクタから噴射された燃料が点火プラグの電極部分に付着することがある。この付着した燃料は、点火プラグの中心電極と接地電極との間の火花放電を阻害する要因となり、失火を引き起こすリスクを高める。そして、一度失火が起こると、次回のサイクル以降も電極に残留する付着燃料によって失火が繰り返される可能性が高まる。

本発明は、混合気の燃焼不良が発生したときに気筒の燃焼室内に残される未燃の燃料成分を好適に処理することを所期の目的としている。

上述した課題を解決するべく、本発明では、点火プラグの中心電極と接地電極との間に発生する火花放電と燃焼室内に臨むアンテナを介して燃焼室内に放射される電界とを相互作用させて燃焼室内にプラズマを生成し燃料に着火するアクティブ点火を実行可能なものであって、気筒の燃焼室内にて燃焼不良（噴射された燃料が十分に燃焼せず未燃の燃料成分が燃焼室内に残存する状態。燃焼不安定または失火）が発生したことを感知した場合において、気筒の燃焼室内圧力が所定以下であるときに、点火プラグの電極に印加するべき火花放電用の電圧をその直前に印加した電圧よりも低め、燃焼室内に放射するべき電界をその直前に放射した電界よりも弱め、及び／または、燃焼室内に電界を放射する時間をその直前に放射した電界の放射時間よりも短くした上でアクティブ点火を再実行する内燃機関を構成した。

本発明によれば、混合気の燃焼不良が発生したときに気筒の燃焼室内に残される未燃の燃料成分を好適に処理することが可能となる。

本発明の一実施形態の内燃機関の概略構成を示す図。 同実施形態の内燃機関の点火系の回路図。 同実施形態の内燃機関の点火系に付随する電界発生装置の構成を説明する図。 同電界発生装置の要素であるＨブリッジの回路図。 同実施形態の内燃機関における正常燃焼時のイオン電流の推移を示すタイミング図。 イグナイタの点弧から火花点火へと至る期間における、点火コイルの一次側コイルを流れる一次電流の推移を示す図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、筒内直接噴射式の４ストロークガソリンエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１には、その燃焼室に臨む位置に、燃料を噴射するインジェクタ１１を設置している。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。

図２に、点火系の電気回路を示している。点火プラグ１２は、点火コイル１４にて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイル１４は、半導体スイッチング素子１３１を有するイグナイタ１３とともに、コイルケースに一体的に内蔵される。

内燃機関の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）０からの点火信号ｉをイグナイタ１３が受けると、まずイグナイタ１３の半導体スイッチ１３１が点弧して点火コイル１４の一次側に電流が流れ、その直後の火花点火のタイミングで半導体スイッチ１３１が消弧してこの電流が遮断される。すると、自己誘導作用が起こり、一次側に高電圧が発生する。そして、一次側と二次側とは磁気回路及び磁束を共有するので、二次側にさらに高い誘導電圧が発生する。この高い誘導電圧が点火プラグ１２の中心電極に印加され、中心電極と接地電極との間で火花放電を生じる。

点火コイル１４の一次側コイルは、半導体スイッチ１３１を介して車載の電源バッテリ１７に接続する。半導体スイッチ１３１を点弧し、バッテリ１７から供給される直流電圧を一次側コイルに印加して通電を開始すると、一次側コイルを含む一次側（低圧系）の回路を流れる一次電流は逓増する。

図６に、一次側コイルへの通電開始後の一次電流の推移を例示する。図６中、電流制限機能が働かない場合を破線で描画し、電流制限機能が働く場合を一点鎖線で描画している（実線については、後述する）。バッテリ１７及び一次側コイルを含む一次側の電気回路をＲＬ直列回路と仮定すると、ｔ＝０時点にて直流電圧Ｅを印加した場合の一次電流Ｉ（ｔ）は、
Ｉ（ｔ）≒｛１−ｅ^-(R/L)t｝Ｅ／Ｒ
となる。即ち、過渡現象として一次電流は逓増するが、その増加の速さは徐々に衰える。十分に長い時間が経過すると、図６中の破線のように一次電流はＥ／Ｒに飽和する。

イグナイタ１３は、一次電流の過大化を抑制する電流制限機能を有している。この電流制限機能は、今日普及している既製のイグナイタのそれと同様である。具体的には、制御回路１３２が、検出抵抗１３３を介して、一次電流を当該抵抗１３３の両端間電圧の形で恒常的に計測する。そして、その一次電流（抵抗１３３の両端間電圧）の大きさが規定値以下である間は半導体スイッチ１３１を点弧する一方、規定値を超えたときには半導体スイッチ１３１を消弧する。これにより、一次電流を図６中の一点鎖線のように規定値にクリップする。

火花点火の際に点火プラグ１２の中心電極に印加される誘導電圧は、半導体スイッチ１３１を消弧する時点ｔ₁で点火コイル１４の一次側コイルに流れている一次電流が大きいほど高圧になる。従って、一次側コイルへの通電時間が長いほど、点火プラグ１２の中心電極に印加される誘導電圧が高圧になる。並びに、一次電流が大きいことは点火コイル１４に入力する電力量が大きいことを意味しており、一次側コイルへの通電時間が長いほど、点火プラグ１２の中心電極と接地電極との間で火花放電が継続する時間も長くなる。

要するに、半導体スイッチ１３１を点弧する時点ｔ₀、ｔ₀’を調整することで、点火プラグ１２の中心電極に印加される誘導電圧の大きさや火花放電の継続時間を調整することが可能である。図６中、一次側コイルへの通電時間が比較的短い（より遅い時点ｔ₀から通電を開始する）場合を実線で描画し、一次側コイルへの通電時間が比較的長い（より早い時点ｔ₀’から通電を開始する）場合を一点鎖線で描画している。

因みに、イグナイタ１３は、点火コイル１４またはイグナイタ１３自身の温度が上限値を超えるような異常発熱を感知した場合に、一次側コイルへの通電を強制的に遮断する機能をも有している。

本実施形態の内燃機関では、その点火系に気筒１の燃焼室内に電界を発生させる電界発生装置６を付設している。この電界発生装置６は、燃焼室内でプラズマを生成する目的のものである。電界発生装置６の具体例としては、高周波の交流電圧を出力する交流電圧発生回路や、高周波の脈流電圧を出力する脈流電圧発生回路等を挙げることができる。

図３及び図４に示すように、高周波を発生させる電界発生装置６は、車載バッテリを電源とし、低圧直流を高圧交流に変換する回路を含む。具体的には、バッテリが提供する約１２Ｖの直流電圧を１００Ｖ〜５００Ｖに昇圧するＤＣ−ＤＣコンバータ６１と、ＤＣ−ＤＣコンバータ６１が出力する直流を交流に変換する高周波発生回路たるＨブリッジ回路６２と、Ｈブリッジ回路６２が出力する交流の高周波をさらに高い電圧に昇圧する昇圧トランス６３とを構成要素とする。

ＤＣ−ＤＣコンバータ６１は、ＥＣＵ０からの指令ｌを受けて、Ｈブリッジ回路６２に印加する直流の駆動電圧の大きさを変化させることができ、ひいては、昇圧トランス６３の下流における高周波電圧の振幅を変化させることができる。昇圧トランス６３の下流における高周波電圧は、周波数が２００ｋＨｚ〜３０００ｋＨｚ程度、振幅が３ｋＶｐ−ｐ〜１０ｋＶｐ−ｐ程度であることが好ましい。

電界発生装置６の出力端には、第一ダイオード６４及び第二ダイオード６５を介設する。第一ダイオード６４は、カソードが昇圧トランス６３の二次側巻線の信号ラインに接続し、アノードが点火コイル１４との結節点であるミキサ７に接続している。第二ダイオード６５は、アノードが昇圧トランス６３の二次側巻線のグランドラインに接続し、カソードが接地している。これら第一ダイオード６４及び第二ダイオード６５は、昇圧トランス６３の下流において交流の高周波を半波整流して脈流化するとともに、点火タイミングにおいて点火コイル１４の二次側から流れ込む負の高圧パルス電流を遮る役割を担う。

因みに、電界発生装置６として脈流電圧発生回路を採用する場合、当該脈流電圧発生回路は周期的に電圧が変化する直流電圧を発生させるものであればよく、その波形も任意であってよい。ここに言う脈流電圧は、基準電圧（０Ｖであることがある）から一定周期で一定電圧まで変動するパルス電圧や、交流電圧に直流バイアスを加味した電圧等を含む。

電界発生装置６が発生させる高周波電圧は、点火プラグ１２の中心電極に印加する。つまり、気筒１の燃焼室内に臨む点火プラグ１２の中心電極を、電界を放射するアンテナとする。これにより、燃焼室内における、点火プラグ１２の中心電極と接地電極との間の空間に、高周波電界が形成される。そして、高周波電界中で火花放電を行うことによりプラズマが発生し、このプラズマが火炎伝搬燃焼の始まりとなる大きなラジカルプラズマ火炎核を生成する。

上記は、火花放電による電子の流れ及び火花放電によって生じたイオンやラジカルが、電界の影響を受け振動、蛇行することで行路長が長くなり、周囲の水分子や窒素分子と衝突する回数が飛躍的に増加することによるものである。イオンやラジカルの衝突を受けた水分子や窒素分子は、ＯＨラジカルやＮラジカルになるとともに、イオンやラジカルの衝突を受けた周囲の気体も電離した状態、即ちプラズマ状態となることで、飛躍的に混合気への着火領域が大きくなり、火炎核も大きくなるのである。この結果、火花放電のみによる二次元的な着火から三次元的な着火に増幅され、燃焼が燃焼室内に急速に伝播、高い燃焼速度で拡大することとなる。

アクティブ点火を実行する場合の、点火プラグ１２の中心電極に高周波を印加するタイミングは、通常、火花放電開始と略同時、火花放電開始直前、または火花放電開始直後である。

勿論、本実施形態の内燃機関は、アクティブ点火ではない従来型の火花点火、即ち点火プラグ１２の中心電極からの高周波電界の放射を伴わない火花放電によって混合気に着火することもできる。安定的に着火して燃焼させることが容易な（燃焼不良に陥りにくい）状況下では、従来型の火花点火を実行することとして電力消費を抑制することが考えられる。

本実施形態において、ＥＣＵ０は、混合気の燃焼の際に気筒１の燃焼室内に発生するイオン電流を検出し、当該イオン電流信号ｈを参照して燃焼状態の判定を行うことが可能である。

図２に示しているように、本実施形態では、点火系の電気回路に、イオン電流を検出するための回路を付加している。この検出回路は、イオン電流を効果的に検出するためのバイアス電源部１５と、イオン電流の多寡に応じた検出電圧を増幅して出力する増幅部１６とを備える。バイアス電源部１５は、バイアス電圧を蓄えるキャパシタ１５１と、キャパシタ１５１の電圧を所定電圧まで高めるためのツェナーダイオード１５２と、電流阻止用のダイオード１５３、１５４と、イオン電流に応じた電圧を出力する負荷抵抗１５５とを含む。増幅部１６は、オペアンプに代表される電圧増幅器１６１を含む。

点火プラグ１２の中心電極と接地電極との間のアーク放電時にはキャパシタ１５１が充電され、その後キャパシタ１５１に充電されたバイアス電圧により負荷抵抗１５５にイオン電流が流れる。イオン電流が流れることで生じる抵抗１５５の両端間の電圧は、増幅部１６により増幅されてイオン電流信号ｈとしてＥＣＵ０に受信される。

図５に、正常燃焼における、イオン電流（図中実線で示す）及び気筒１内の燃焼圧力（筒内圧。図中破線で示す）のそれぞれの推移を例示する。正常燃焼の場合のイオン電流は、火花点火の終了後、化学反応により、圧縮上死点の手前で減少した後、熱解離によって再び増加する。そして、筒内圧がピークを迎えるのとほぼ同時に、イオン電流も極大となる。

なお、イオン電流は、点火のための放電中には検出することができない。また、図５に示しているものは、従来型の火花点火によって混合気を燃焼させた際のイオン電流信号ｈの波形である。点火プラグ１２の中心電極から高周波電界を放射するアクティブ点火を実行する場合には、その高周波電界の放射中もイオン電流を検出することができない。

内燃機関の気筒１に吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。

気筒１から排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。

外部ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものであり、排気通路４における触媒４１の上流側と吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側とを連通するＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１上に設けたＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲ通路２１を開閉し当該ＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ２３とを要素とする。ＥＧＲ通路２１の入口は、排気通路４における排気マニホルド４２またはその下流の所定箇所に接続している。ＥＧＲ通路２１の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク３３に接続している。

内燃機関の運転制御を司るＥＣＵ０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。

入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、要求負荷）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、ブレーキペダルの踏込量を検出するセンサから出力されるブレーキ踏量信号ｄ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、内燃機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号ｇ、燃焼室内での混合気の燃焼に伴って生じるイオン電流を検出する回路から出力されるイオン電流信号ｈ等が入力される。

出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタ１３に対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ＤＣ−ＤＣコンバータ６１に対して当該ＤＣ−ＤＣコンバータ６１が出力する駆動電圧の大きさを指令する電圧指令信号ｌ、ＥＧＲバルブ２３に対して開度操作信号ｍ等を出力する。

ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング、燃焼室内に高周波電界を印加するか否かやその電界の強度、要求ＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）等といった各種運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍを出力インタフェースを介して印加する。

その上で、本実施形態におけるＥＣＵ０は、イオン電流信号ｈを参照し、気筒１の燃焼室内にて燃焼不良が発生していないかどうかを判定する。そして、燃焼不良を感知した場合には、アクティブ点火を実行することで当該気筒１の燃焼室内に残存する未燃の燃料成分を酸化または燃焼させる。

図５に示しているように、ＥＣＵ０は、気筒１の燃焼室内に充填された混合気に点火した後に検出されるイオン電流信号ｈの大きさが閾値を上回っている期間Ｔの長さ（クランク角度（°ＣＡ）単位または秒単位）を計数する。そして、その計数した期間Ｔの長さが判定値以上であれば、当該気筒１の膨張行程において混合気が正常に燃焼したと判定する。逆に、期間Ｔの長さが判定値を下回ったならば、当該気筒１の膨張行程における混合気の燃焼が不良、即ち燃焼不安定または失火が発生したと判定する。

混合気の燃焼不良が発生したと判断したＥＣＵ０は、その燃焼不良の感知後可及的速やかに、当該気筒１においてアクティブ点火（高周波電界の印加及び火花放電）を行う。このアクティブ点火は、燃焼不良が発生したサイクル（吸気−圧縮−膨張−排気の一連を一サイクルとする）と同一のサイクル中に実行することが望ましく、特に、燃料不良が発生した膨張行程と同一の膨張行程の中期ないし後期に実行することが好ましい。

しかして、燃焼不良を起こした気筒１の膨張行程における筒内圧が所定以下であるならば、当該燃焼不良の感知後に実行するアクティブ点火において、その直前に実行した点火（本来の着火燃焼のための点火。アクティブ点火であることもあれば、従来型の火花点火であることもある）と比較して、火花放電用の誘導電圧をより低めるか、燃焼室内に放射する高周波電界をより弱めるか、燃焼室内に高周波電界を放射する時間をより短縮するか、またはこれらのうちの複数ないし全部を同時に具現する。

換言すれば、当該アクティブ点火において気筒１に供給する電力量をできるだけ小さくして（直前に実行した点火がアクティブ点火であるならば、燃焼不良を起こしたそのアクティブ点火時の電力量よりも小さくして）、燃焼室内に残存しまたは点火プラグ１２の電極部分に付着した未燃の燃料成分を酸化または燃焼処理する。筒内圧力が比較的低い、即ち燃焼室内の雰囲気の密度が比較的低い状況下では、火花放電及び電界放射によるプラズマ生成が容易であることから、当該アクティブ点火における供給電力量を小さくして電力消費を抑制することが許される。

ＥＣＵ０は、アクセル開度が所定以下または気筒１に充填される吸気量（若しくは、これに比例する燃料噴射量）が所定以下である低負荷領域にて燃焼不良を感知した場合に、その燃焼不良を起こした気筒１の筒内圧が所定以下であると見なし、供給電力量を小さくした未燃燃料の処理のためのアクティブ点火を実行する。あるいは、筒内圧を検出する圧力センサが気筒１に実装されているならば、燃焼不良を感知した気筒１の筒内圧の実測値が所定以下である場合に、供給電力量を小さくした未燃燃料の処理のためのアクティブ点火を実行する。

筒内圧力を検出する圧力センサが気筒１に実装されていなくとも、気筒１に充填された混合気が燃焼しないと仮定したときの膨張行程中の筒内圧は予測が可能である。例えば、ＥＣＵ０のメモリに予め、エンジン回転数、サージタンク３３内吸気圧及び吸気温、吸気バルブの開閉タイミング（内燃機関にＶＶＴ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｖａｌｖｅ Ｔｉｍｉｎｇ）機構が装備されている場合）等と、予想される膨張行程中の筒内圧との関係を規定したマップデータまたは関数式を格納しておく。ＥＣＵ０は、気筒１の吸気行程におけるエンジン回転数、サージタンク３３内吸気圧及び吸気温、吸気バルブタイミング等をキーとして当該マップを検索するか、これらを当該関数式に代入して、混合気が燃焼しないと仮定したときの膨張行程中の筒内圧の予測値を知得する。そして、その予測値が所定以下であり、かつ燃焼不良を感知した場合に、供給電力量を小さくした未燃燃料の処理のためのアクティブ点火を実行する。なお、上記のマップに、筒内圧の予測値に代えて、供給電力量を小さくしたアクティブ点火の実行の可否が記述されているということも考えられる。

翻って、燃焼不良を起こした気筒１の膨張行程における筒内圧が所定以下でないならば、当該燃焼不良の感知後に実行するアクティブ点火において、火花放電用の誘導電圧をより低めたり、燃焼室内に放射する高周波電界をより弱めたり、燃焼室内に高周波電界を放射する時間をより短縮したりはせずに、燃焼室内に残存しまたは点火プラグ１２の電極部分に付着した未燃の燃料成分を確実に酸化または燃焼処理するようにする。寧ろ、燃焼不良の感知後のアクティブ点火では、その直前に実行した点火（本来の着火燃焼のための点火）と比較して、火花放電用の誘導電圧をより高めるか、燃焼室内に放射する高周波電界をより強めるか、燃焼室内に高周波電界を放射する時間をより延長するか、またはこれらのうちの複数ないし全部を同時に具現することも考えられる。

本実施形態では、点火プラグ１２の中心電極と接地電極との間に発生する火花放電と燃焼室内に臨むアンテナ（点火プラグ１２の中心電極）を介して燃焼室内に放射される電界とを相互作用させて燃焼室内にプラズマを生成し燃料に着火するアクティブ点火を実行可能なものであって、気筒１の燃焼室内にて燃焼不良が発生したことを感知した場合において、気筒１の燃焼室内圧力が所定以下であるときに、点火プラグ１２の電極に印加するべき火花放電用の電圧をその直前に印加した電圧よりも低め、燃焼室内に放射するべき電界をその直前に放射した電界よりも弱め、及び／または、燃焼室内に電界を放射する時間をその直前に放射した電界の放射時間よりも短くした上でアクティブ点火を再実行し、以て燃焼室内に残存する未燃の燃料成分を処理する内燃機関を構成した。

本実施形態によれば、未燃の燃料成分を適時に酸化または燃焼させることができるので、エミッションの悪化を抑止できる上、未燃燃料が触媒４１内で酸化して触媒４１を溶損させることも回避できる。

また、筒内直接噴射式の内燃機関において、未燃燃料が液状となって点火プラグ１２の電極部分に付着することを防止でき、仮に未燃燃料が付着したとしてもこれを適時に除去できるので、燃焼不良が発生したサイクルの次回以降のサイクルにおける混合気への着火の確実性が増し、燃焼不安定ないし失火が反復的に起こることもなくなる。

加えて、未燃の燃料を燃やし尽くしてエンジントルクに変換することが可能となるため、要求負荷を充足してドライバビリティを向上させることができ、燃費性能の良化にも寄与し得る。

混合気の燃焼の安定性が低下する高ＥＧＲ率運転時や低温時等を除いた平常時は火花放電のみによる点火を行うようにし、燃焼不良を感知したときに限りアクティブ点火を実行して未燃の燃料成分を処理する態様をとることもできる。あるいは、平常時は必要最小限の強度の高周波電界を放射してアクティブ点火を行い、燃焼不良を感知したときに再度、さらに弱い高周波電界を放射してアクティブ点火を実行し未燃の燃料成分を処理する態様をとることもできる。さすれば、燃焼室内への電界放射による電力消費を抑制することができる。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、気筒１の燃焼室内に電界を印加するための電界発生装置６は、高周波の交流電圧を印加する交流電圧発生回路や、高周波の脈流電圧を印加する脈流電圧発生回路に限定されない。電界発生装置６としてマイクロ波を出力するマグネトロン等を採用し、気筒１の燃焼室内にマイクロ波電界を印加してアクティブ点火を実行するものとしてもよい。

上記実施形態では、点火プラグ１２の中心電極を電界放射用のアンテナとしていたが、点火プラグ１２とは別体のアンテナを気筒１に設け、これを介して気筒１の燃焼室内に高周波電界またはマイクロ波電界を放射してもよい。

気筒１の燃焼室内における混合気の燃焼不良の検知手法は、上記実施形態のようなイオン電流信号ｈを参照するものには限定されない。既に述べた通り、イオン電流信号ｈの推移と、筒内圧（気筒１の燃焼室内圧力）または筒内温（燃焼室内温度）の推移との間には相関がある。筒内圧を検出する圧力センサまたは筒内温を検出する温度センサが気筒１に実装されている場合には、当該センサを介して計測される筒内圧または筒内温に基づいて混合気の燃焼が正常であるか不良であるかを判定することが可能である。典型的には、筒内圧または筒内温が閾値を上回っている期間の長さを判定値と比較し、当該期間の長さが判定値を下回ったならば気筒１の燃焼室内で燃焼不良が発生したものと判定する。

燃焼不良の検知手法の他の例としては、内燃機関の回転変動を参照するものが挙げられる。具体的には、内燃機関の出力軸であるクランクシャフトが所定角度（例えば、３０°ＣＡ）回転するのに要した時間を反復的に計測し、今回計測された所要時間から前回計測された所要時間を減算することで、所要時間の変化量即ち所定角度毎の回転速度の低下量の指標値を得る。そして、当該指標値を判定値と比較し、指標値が判定値を上回ったならば気筒１の燃焼室内で燃焼不良が発生したものと判定する。

本発明の適用対象となる内燃機関は、いわゆるガソリン直噴エンジンには限定されない。ディーゼルエンジンや、ＨＣＣＩ（Ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ−Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ）エンジン等に、本発明を適用することも当然に考えられる。

さらには、本発明を、吸気ポートに対して燃料を噴射するポート噴射式の内燃機関に適用することも可能である。

その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、車両等に搭載される内燃機関として利用することができる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
１１…インジェクタ
１２…点火プラグ、アンテナ
１３…イグナイタ
１４…点火コイル
６…電界発生装置
７…ミキサ

Claims (1)

1. 点火プラグの中心電極と接地電極との間に発生する火花放電と燃焼室内に臨むアンテナを介して燃焼室内に放射される電界とを相互作用させて燃焼室内にプラズマを生成し燃料に着火するアクティブ点火を実行可能なものであって、
   気筒の燃焼室内にて燃焼不良が発生したことを感知した場合において、気筒の燃焼室内圧力が所定以下であるときに、点火プラグの電極に印加するべき火花放電用の電圧をその直前に印加した電圧よりも低め、燃焼室内に放射するべき電界をその直前に放射した電界よりも弱め、または燃焼室内に電界を放射する時間をその直前に放射した電界の放射時間よりも短くした上でアクティブ点火を再実行する内燃機関。

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