JP2015031241A - 内燃機関の燃焼状態制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気エミッションが悪化するのを防止しつつ、早期燃焼の発生を回避することができる内燃機関の燃焼状態制御装置を提供すること。【解決手段】ＥＣＵ５１は、点火信号の出力時期と異なる時期に混合気の燃焼を検出したことを条件として、燃焼室１０内に還流される排気ガス量を増加させるとともに、点火プラグ２０に点火信号を出力するのを停止して自着火運転に移行させる燃焼状態制御を実行する。また、ＥＣＵ５１は、燃焼状態制御が実行された後に、所定の点火条件が成立したことを条件として、スロットル弁１８の開度を閉じ側に制御してシリンダ６に吸入される吸入空気量を減少させた後、燃焼室１０内に還流される排気ガス量を減少させて点火プラグ２０に点火信号を出力する。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の燃焼状態制御装置に関し、特に、点火プラグの点火による点火時期と異なる時期に混合気が燃焼されるのを抑制する内燃機関の燃焼状態制御装置に関する。

近時、車両に搭載された火花点火式のガソリンエンジンにあっては、燃費向上、出力向上の観点から高圧縮比化が進められている。このように高圧縮比化されたエンジンでは、例えば、低回転および高負荷運転時に、吸入空気量が大きくかつ高圧縮比に制御されることにより圧縮圧力が増大し、かつ低回転のため点火による正常な火炎伝播までに時間の余裕があることにより、自着火によるプレイグニッションといわれる早期燃焼が発生し易い。また、シリンダ内の吸気温度が高い場合にも早期燃焼が発生し易い。
早期燃焼が発生すると、ピストンやシリンダの一部の温度が異常上昇してシリンダを構成する金属の一部が溶融したり、ピストンが焼き付くおそれがある。

従来、早期燃焼を抑制するものとしては、例えば、特許文献１に記載されるように、燃料噴射量を増加して空燃比をリッチ化することで燃焼室内の温度を下げるようにしたものや、特許文献２に記載されるように、圧縮行程中に燃料が噴射されるように噴射時期を遅角させ、噴射時期から点火までの期間を短縮、すなわち、燃料の受熱期間を短縮するようにしたものが知られている。

特開２０１１−８５０９８号公報 特開２００２−３３９７８０号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたものは、空燃比をリッチ化することにより、特許文献２に記載されたものは、噴射時期を遅角させることにより、いずれも燃焼室内の温度を下げるようにしているため、不完全燃焼を起こし、未燃焼ガスが大量に排出されてしまい、排気エミッションが悪化してしまうという問題がある。
また、特許文献１、２に記載されたものは、重大な早期燃焼を誘発する条件下にあっては、空燃比のリッチ化や噴射時期の遅角化を行っても早期燃焼が発生するのを回避できないおそれがある。

本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、排気エミッションが悪化するのを防止しつつ、早期燃焼の発生を回避することができる内燃機関の燃焼状態制御装置を提供することを目的とするものである。

本発明の第１の態様は、内燃機関に設けられた気筒の燃焼室内の混合気に点火する点火プラグと、点火プラグに点火信号を出力する点火信号出力部とを備えた内燃機関の燃焼状態制御装置であって、燃焼室内で混合気が燃焼されたことを検出する燃焼検出部と、燃焼室内に還流される排気ガス量を調整する排気ガス還流量調整部材とを備え、点火信号の出力時期と異なる時期に混合気の燃焼を検出したことを条件として、燃焼室内に還流される排気ガス量を増加させるように排気ガス還流量調整部材を制御するとともに、点火信号出力部による点火信号の出力を停止して、自着火運転に移行する燃焼状態制御を実行する燃焼状態制御部とを含んで構成されている。

本発明の第２の態様としては、燃焼状態制御装置が、気筒に供給される吸入空気量を調整する吸入空気量調整部材を備え、燃焼状態制御部は、燃焼状態制御が実行された後に、所定の点火条件が成立したことを条件として、吸入空気量調整部材によって気筒に吸入される吸入空気量を減少させ、次いで、燃焼室内に還流される排気ガス量を減少させた後に、点火信号出力部による点火信号の出力を再開するようにしてもよい。

本発明の第３の態様としては、燃焼状態制御装置が、燃焼室内で燃焼された混合気の燃焼強度を検出する燃焼強度検出部を有し、燃焼状態制御部は、燃焼強度が所定強度以上であることを条件として、燃焼状態制御を実行するようにしてもよい。
本発明の第４の態様としては、燃焼状態制御部が、燃焼強度が所定強度以上である場合に、燃焼強度が所定強度未満となるまで燃焼状態制御を継続するようにしてもよい。

このように上記の第１の態様によれば、燃焼状態制御部が、点火信号の出力時期と異なる時期に混合気の燃焼を検出したことを条件として、燃焼室内に還流される排気ガス量を増加させるとともに、点火プラグに点火信号を出力するのを停止して自着火運転に移行させるので、燃焼室内に還流される排気ガスによって燃焼室内における混合気の燃焼温度を低下させて、混合気の燃焼によって発生する燃焼室内の燃焼強度の増加を抑制することができる。したがって、混合気の早期燃焼の発生を抑制することができる。これに加えて、点火プラグの点火を停止して自着火運転に移行させるので、燃焼室内の燃焼強度が増加するのをより効果的に抑制して、混合気の早期燃焼をより効果的に抑制することができる。

また、ストイキ運転状態で燃焼室内に還流される排気ガス量を増加させることができるため、不完全燃焼が生じるのを抑制することができるとともに、気筒内から排出される排気ガス中に占める窒素酸化物の割合を低減させることができ、排気エミッションが悪化するのを防止することができる。

上記の第２の態様によれば、燃焼状態制御部は、燃焼状態制御を実行した後に、所定の点火条件が成立したことを条件として、吸入空気量調整部材によって気筒に吸入される吸入空気量を減少させるので、自着火運転の移行後に、内燃機関に供給される吸入空気量を少なくすることができる。このため、内燃機関の負荷を軽減して混合気を燃焼し難くすることができ、早期燃焼の発生を抑制することができる。
また、燃焼状態制御部は、気筒に吸入される吸入空気量を減少させた後に、燃焼室内に還流される排気ガス量を減少させて点火プラグに点火信号を出力するので、火花点火運転に移行する直前に、燃焼室内における混合気の燃焼温度の低下を抑制して混合気の燃焼によって発生する燃焼室内の燃焼強度の低下を抑制することができる。このため、火花点火運転に移行したときに内燃機関の出力が低下するのを防止することができる。

上記の第３の態様によれば、燃焼状態制御部が、燃焼強度が所定強度以上であることを条件として、燃焼状態制御を実行するので、混合気の早期燃焼が発生したことを速やかに検出して燃焼室内に還流される排気ガス量を増加させることができる。このため、混合気の早期燃焼の発生を継続的に抑制することができる。
上記の第４の態様によれば、燃焼状態制御部が、燃焼強度が所定強度以上である場合に燃焼強度が所定強度未満となるまで燃焼状態制御を継続するので、混合気の燃焼強度が抑制されるまで燃焼室内に還流される排気ガス量を増加させて、混合気の早期燃焼が再発するのを防止することができる。

図１は、本発明の内燃機関の燃焼状態制御装置の一実施形態を示す図であり、燃焼状態制御装置が適用される内燃機関の断面図である。 図２は、本発明の内燃機関の燃焼状態制御装置の一実施形態を示す図であり、燃焼状態制御装置のブロック図である。 図３は、本発明の内燃機関の燃焼状態制御装置の一実施形態を示す図であり、燃焼状態制御プログラムのフローチャートである。 図４は、本発明の内燃機関の燃焼状態制御装置の一実施形態を示す図であり、燃焼状態制御処理のタイミングチャートである。

以下、本発明に係る内燃機関の燃焼状態制御装置の実施形態について、図面を用いて説明する。
図１〜図４は、本発明に係る一実施形態の内燃機関の燃焼状態制御装置を示す図である。
まず、構成を説明する。図１において、内燃機関としてのエンジン１は、シリンダブロック２と、シリンダブロック２の上部に設けられたシリンダヘッド３と、シリンダヘッド３の下部に設けられたクランクケース４と、クランクケース４の下部に設けられ、図示しないオイルが貯留されたオイルパン５とを含んで構成される。

シリンダブロック２の内部には気筒としてのシリンダ６が設けられており、このシリンダ６の内部にはピストン７が上下方向に往復動自在に設けられている。ピストン７は、コネクティングロッド８を介してクランクシャフト９に連結されている。クランクシャフト９は、クランクケース４に回転自在に支持されており、ピストン７の上下方向の往復動は、コネクティングロッド８を介してクランクシャフト９の回転運動に変換されるようになっている。
ここで、図１では、１つのシリンダ６を図示しているが、シリンダ６の数は、例えば、４気筒エンジンであれば、４つ設けられている。但し、本実施形態のエンジン１は、気筒数が限定されるものではない。

シリンダ６の上部にはピストン７の頂部、シリンダ６およびシリンダヘッド３の底部によって囲まれる燃焼室１０が形成されるようになっており、この燃焼室１０は、シリンダヘッド３に形成された吸気ポート１１および排気ポート１２に連通している。
シリンダヘッド３には、吸気弁１３および排気弁１４が設けられており、吸気弁１３および排気弁１４は、図示しない吸気カムおよび排気カムによって上下方向に往復動されることにより、吸気ポート１１および排気ポート１２を開閉するようになっている。

シリンダヘッド３には吸気管１５が接続されており、この吸気管１５は、吸気ポート１１に連通する吸気通路１５ａを有している。吸気管１５の上流端には、エアクリーナ１６が接続されており、このエアクリーナ１６は、吸気通路１５ａに導入される外気を浄化するようになっている。また、吸気管１５内にはステッピングモータ１７によって駆動されるスロットル弁１８が設けられており、このスロットル弁１８は、吸気通路１５ａの開度を調整することにより、吸気ポート１１を介してシリンダ６に導入される吸入空気量を調整するようになっている。本実施形態のステッピングモータ１７およびスロットル弁１８は、吸入空気量調整部材を構成している。
また、スロットル弁１８の下流側の吸気管１５の部位にはインジェクタ１９が設けられており、このインジェクタ１９は、吸気ポート１１を通して燃焼室１０内に燃料を噴射するようになっている。

また、シリンダヘッド３の底部には点火プラグ２０が設けられており、この点火プラグ２０は、インジェクタ１９から燃焼室１０内に噴射された燃料と吸気管１５から燃焼室１０内に供給される吸入空気との混合気に着火することにより、燃焼室１０内で混合気を燃焼させるようになっている。このように本実施形態のエンジン１は、火花点火式エンジンである。
また、シリンダヘッド３には排気管２１が設けられており、この排気管２１は、排気ポート１２に連通して、シリンダ６から排気ガスが排気される排気通路２１ａを有している。排気管２１にはステッピングモータ２２によって駆動される排気弁２３が設けられており、この排気弁２３は、排気通路２３ａの開度を調整することにより、燃焼室１０内に還流される排気ガス量を調整するようになっている。

具体的には、排気弁２３の開度が小さくなると、排気通路２１ａに排出される排気ガスの一部は、ＥＧＲガスとなって燃焼室１０内に還流されることになる。また、排気ガスの排気が制限されることで、排気ガスが燃焼室１０内に滞留することで、燃焼室１０内にＥＧＲガスが還流されるようになっている。そして、このＥＧＲガスの量は、排気弁２３の開度が小さくなるほど、増加する。
また、排気弁２３の下流の排気管２１の部位には三元触媒２４が設けられており、この三元触媒２４は、排気ガス中の窒素酸化物、一酸化炭素および炭化水素を浄化するようになっている。

また、エアクリーナ１６の下流の吸気管１５にはエアフローメータ３１が設けられており、このエアフローメータ３１は、単位時間当たりにエンジン１に吸入される吸入空気量を検出してＥＣＵ（Engine control unit）５１に検出信号を出力する。
クランクシャフト９の近傍にはクランク角センサ３２が設けられており、このクランク角センサ３２は、クランクシャフト９の回転に同期した信号をＥＣＵ５１に出力するようになっている。

図２に示すように、ＥＣＵ５１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５２、ＲＯＭ（Read Only Memory）５３、ＲＡＭ（Random Access Memory）５４、入力インターフェース５５、出力インターフェース５６等を含んで構成されている。
ＥＣＵ５１は、クランク角センサ３２から入力インターフェース５５を介して入力したクランクパルス信号に基づいて、気筒の判別および単位時間当たりのエンジン回転数として、例えば、１分間当たりのエンジン回転数（ｒｐｍ）を算出する。

また、入力インターフェース５５には、アクセル開度センサ３３から信号が入力するようになっており、ＥＣＵ５１は、アクセル開度センサ３３からの入力信号に基づいて、運転者によって操作されるアクセルペダルの開度を検出する。
また、点火プラグ２０にはイオンセンサ３４が組み込まれており、イオンセンサ３４は、点火プラグ２０の点火により燃焼室１０内で混合気が燃焼されたことを検出して、ＥＣＵ５１の入力インターフェース５５にとイオン電流を出力するようになっている。

すなわち、混合気の燃焼時にはイオンが発生し、このイオンが点火プラグ２０の電極に到達すると、このイオンにより点火プラグ２０の電極間にイオン電流が流れることを利用して、イオンセンサ３４がイオン電流を検出し、燃焼圧力に相当する燃焼強度の大きさに比例してイオン電流を入力インターフェース５５に出力する。ここで、燃焼室１０内で燃焼された混合気の燃焼強度が大きくなるにつれてイオン電流値が大きくなる。

このように本実施形態のイオンセンサ３４は、燃焼室１０内で混合気が燃焼されたことを検出するものであり、燃焼検出部を構成している。また、ＥＣＵ５１は、イオンセンサ３４から入力されたイオン電流値の上昇率の大きさに基づいて、燃焼強度の大きさを判断するようになっており、ＥＣＵ５１は、イオンセンサ３４と共に、燃焼室１０内で燃焼された混合気の燃焼強度を検出する燃焼強度検出部６１として機能するＣＰＵ５２を備えている。

また、ＥＣＵ５１の出力インターフェース５６には、ステッピングモータ１７、２２、インジェクタ１９および点火プラグ２０が接続されており、ＥＣＵ５１は、エアフローメータ３１、クランク角センサ３２、アクセル開度センサ３３およびイオンセンサ３４からの入力信号に基づいて燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、スロットル弁１８の開度および排気弁２３の開度を制御するようになっている。

具体的には、ＥＣＵ５１は、エンジン１の運転状態を表すエアフローメータ３１、クランク角センサ３２およびアクセル開度センサ３３の検出値からなるエンジンパラメータと基本噴射量との関係が予め定められた基本噴射量マップを用いて基本噴射量および噴射時期を算出し、基本噴射量および噴射時期に応じた噴射信号をインジェクタ１９に出力する。この基本噴射量は、シリンダ６内の空燃比を目標空燃比であるストイキ値に設定されるようになっており、この基本噴射量マップは、ＲＯＭ５３の記憶領域に記憶されている。

また、ＥＣＵ５１は、上述したエンジンパラメータと点火時期との関係が予め定められた点火時期マップを参照して点火時期を算出し、この点火時期に応じた点火信号を点火プラグ２０に出力する。なお、この点火時期は、通常、最大トルクが得られるような最大限進角したＭＢＴ付近に設定されている。また、この点火時期マップは、ＲＯＭ５３の記憶領域に記憶されている。ここで、本実施形態のＥＣＵ５１は、点火プラグ２０に点火信号を出力する点火信号出力部６２として機能するＣＰＵ５２を備えている。
ＣＰＵ５２を備えている。

また、ＥＣＵ５１は、上述したエンジンパラメータと吸入空気量の関係が予め定められた吸入空気量マップを用いて吸入空気量を算出し、この算出した吸入空気量に応じた信号をステッピングモータ１７に出力し、ステッピングモータ１７によってスロットル弁１８の開度を調整するようになっている。

一方、ＥＣＵ５１は、イオンセンサ３４のイオン電流値が、ＲＯＭ５３の記憶領域に記憶されたイオン電流値の上昇率の閾値よりも大きい場合に、燃焼室１０内の混合気の早期燃焼が発生したものと判断するようになっている。

早期燃焼とは、点火プラグ２０の点火によって燃焼室１０内の全体に燃え広がる本来の燃焼とは異なり、点火プラグ２０の点火時期よりも前に発生する異常燃焼のことである。この早期燃焼が発生すると、点火プラグ２０の点火による本来の燃焼よりも燃焼強度が大きくなり、イオン電流値の出力値の上昇率が大きくなる。
ＥＣＵ５１は、イオンセンサ３４のイオン電流値の上昇率が閾値よりも大きい場合に、燃焼室１０内の混合気の早期燃焼が発生したものと判断するようになっている。そして、ＥＣＵ５１は、イオンセンサ３４が点火プラグ２０の点火信号の出力時期と異なる時期に混合気の燃焼を検出したことを条件として、早期燃焼が発生したものと判断し、ステッピングモータ２２を駆動して、排気弁２３の開度が小さくなるように制御するとともに、点火プラグ２０に点火信号を出力するのを停止する燃焼状態制御を実行する。

排気弁２３の開度が小さくなると、燃焼室１０内に還流される排気ガス量、すなわち、ＥＧＲガス量が増加する。また、早期燃焼状態では、燃焼室１０内の混合気の燃焼強度が大きくなるため、点火プラグ２０の点火を行わなくても、自着火運転に移行する。

ここで、本実施形態のステッピングモータ２２および排気弁２３は、排気ガス還流量調整部材を構成し、ＥＣＵ５１は、燃焼状態制御部６３として機能するＣＰＵ５２を備えている。
また、ＥＣＵ５１は、イオンセンサ３４のイオン電流値の上昇率が閾値以上である状態が継続すると、燃焼室１０内の燃焼強度が所定強度以上であるものと判断して、上述した燃焼状態制御を実行する。
また、ＥＣＵ５１は、上述した燃焼状態制御の実行後に、エアフローメータ３１、クランク角センサ３２、アクセル開度センサ３３およびイオンセンサ３４からの信号をエンジンパラメータとして、排気弁開度マップを用いて排気弁２３の開度を算出し、この開度信号をステッピングモータ２２に出力する。なお、排気弁開度マップは、ＲＯＭ５３の記憶領域に記憶されている。

また、ＥＣＵ５１は、上述した燃焼状態制御が実行された後に、所定の点火条件としてイオンセンサ３４のイオン電流値の上昇率が閾値未満の状態が所定時間継続された場合には、ステッピングモータ１７を駆動してスロットル弁１８の開度を閉じ側に制御してシリンダ６に吸入される吸入空気量を減少させる。次いで、ステッピングモータ２２を駆動して排気弁２３の開度を開き側に制御して燃焼室１０内に還流される排気ガス量を減少させた後に、点火時期において点火プラグ２０に点火信号を出力する。
したがって、ＥＣＵ５１は、イオンセンサ３４のイオン電流値の上昇率が閾値以上である場合には、イオンセンサ３４のイオン電流値の上昇率が閾値未満、すなわち、燃焼室１０内の燃焼強度が所定強度未満となるまで燃焼状態制御を継続することになる。

次に、図３、図４に基づいて燃焼状態制御処理を説明する。
図３は、ＲＯＭ５３の記憶領域に記憶された燃焼状態制御プログラムのフローチャートであり、この燃焼状態制御プログラムは、ＣＰＵ５２によって実行される。
図３において、ＣＰＵ５２は、点火時期であるか否かを判別する（ステップＳ１）。ステップＳ１でＣＰＵ５２は、点火時期マップを参照し、エアフローメータ３１、クランク角センサ３２およびアクセル開度センサ３３からの入力信号に基づいて点火時期を算出し、点火時期であるものと判断すると、点火時期に応じた点火信号ｉを点火プラグ２０に出力する（ステップＳ１０）。

ステップＳ１で、ＣＰＵ５２は、点火時期でないものと判断すると、イオンセンサ３４からの入力信号に基づいてイオン電流値の上昇率が閾値Ｐ以上であるか否かを判別する（ステップＳ２）。ＣＰＵ５２は、イオン電流値の上昇率が閾値Ｐ未満であるものと判断すると、燃焼室１０内の燃焼強度が小さく、点火時期と異なる時期の燃焼である早期燃焼が発生していないものと判断し、ステップＳ１に戻る。したがって、ＣＰＵ５２は、早期燃焼が発生していない場合には、通常の点火時期制御を実行する。
ステップＳ２において、ＣＰＵ５２は、図４に示すように、点火信号ｉの出力前にイオン電流値の上昇率が閾値Ｐ以上であるものと判断すると、燃焼室１０内の燃焼強度が大きく、早期燃焼が発生しているものと判断して燃焼状態制御に移行する。

燃焼状態制御では、ＣＰＵ５２は、排気弁開度マップを参照し、エアフローメータ３１、クランク角センサ３２およびアクセル開度センサ３３からの入力信号、すなわち、エンジン負荷とイオンセンサ３４から入力した燃焼強度の大きさに応じた開度となるように排気弁２３を閉じ側に制御する（ステップＳ３）。このため、燃焼室１０から排気管２１に排気された排気ガスの一部がＥＧＲガスとなって燃焼室１０内に還流される。
次いで、ＣＰＵ５２は、点火信号ｉの出力を停止する（ステップＳ４）。なお、図４では、イオンセンサ３４のイオン電流の出力時期と点火信号の出力時期とを比較するため、出力が停止された時期の点火信号を破線で示す。

また、早期燃焼が発生すると、燃焼室１０内の燃焼強度が大きいことから、排気弁２３を閉じ側に制御された後に、エンジン１は、火花点火運転から自着火運転に移行する。
次いで、ＣＰＵ５２は、イオンセンサ３４から入力信号に基づいてイオン電流値の上昇率が閾値Ｐ未満であるか否かを判別し（ステップＳ５）、イオン電流値の上昇率が閾値Ｐ以上であるものと判断すると、ステップＳ３に処理を戻す。
ステップＳ５で、ＣＰＵ５２は、イオン電流値の上昇率が閾値Ｐ未満であるものと判断すると、イオン電流値の上昇率が閾値Ｐ未満である時間が一定時間Ｔだけ継続したか否かを判別する（ステップＳ６）。

ＣＰＵ５２は、一定時間Ｔ内にイオン電流値の上昇率が閾値Ｐ以上となった場合には、ステップＳ３に処理を戻す。また、ＣＰＵ５２は、イオン電流値の上昇率が閾値Ｐ未満である時間が一定時間Ｔだけ継続したものと判断した場合には、所定の点火条件が成立したものと判断し、ステッピングモータ１７を駆動し、エンジン負荷とイオンセンサ３４から入力した燃焼強度の大きさに応じた開度となるようにスロットル弁１８の開度Ｑ１を閉じ側に制御する（ステップＳ７）。このため、シリンダ６内に供給される吸入空気量が減少する。ここで、ＣＰＵ５２は、イオン電流値の上昇率が閾値Ｐ以上である時間が一定時間Ｔだけ継続したか否かを判別する代わりに、イオン電流値の上昇率が閾値Ｐ以上である回数が何回継続したか否かを判別するようにしてもよい。

次いで、ＣＰＵ５２は、ステッピングモータ２２を駆動し、エンジン負荷とイオンセンサ３４から入力した燃焼強度の大きさに応じた開度となるように排気弁２３の開度Ｑ２を開き側に制御する（ステップＳ８）。このため、燃焼室１０内に還流されるＥＧＲガス量が減少してシリンダ６内から排出される排気ガス量が増大する。
ＣＰＵ５２は、排気弁２３を開き側に制御すると、点火信号ｉの出力停止の解除を行った後（ステップＳ９）、ステップＳ１に処理を戻し、通常の点火時期制御に移行する。

このように本実施形態のＥＣＵ５１は、点火信号ｉの出力時期と異なる時期に混合気の燃焼を検出したことを条件として、燃焼室１０内に還流される排気ガス量を増加させるとともに、点火プラグ２０に点火信号を出力するのを停止して自着火運転に移行させるので、燃焼室１０内に還流される排気ガスによって燃焼室１０内における混合気の燃焼温度を低下させることができる。このため、混合気の燃焼によって発生する燃焼室１０内の燃焼強度の増加を抑制することができ、混合気の早期燃焼の発生を抑制することができる。これに加えて、点火プラグ２０の点火を停止して自着火運転に移行させるので、燃焼室１０内の燃焼強度が増加するのをより効果的に抑制して、混合気の早期燃焼をより効果的に抑制することができる。

また、ストイキ運転状態で燃焼室１０内に還流される排気ガス量を増加させるようにしたので、不完全燃焼が生じるのを抑制することができるとともに、シリンダ６内から排出される排気ガス中に占める窒素酸化物の割合を低減させることができ、排気エミッションが悪化するのを防止することができる。
また、本実施形態のＥＣＵ５１は、燃焼状態制御が実行された後に、所定の点火条件が成立したことを条件として、スロットル弁１８の開度を閉じ側に制御してシリンダ６に吸入される吸入空気量を減少させるので、自着火運転の移行後に、エンジン１に供給される吸入空気量を少なくすることができる。このため、エンジン１の負荷を軽減して混合気を燃焼し難くすることができ、早期燃焼の発生を抑制することができる。

また、本実施形態のＥＣＵ５１は、シリンダ６に吸入される吸入空気量を減少させた後に、燃焼室１０内に還流される排気ガス量を減少させて点火プラグ２０に点火信号を出力するので、火花点火運転に移行する直前に、燃焼室１０内における混合気の燃焼温度の低下を抑制して混合気の燃焼によって発生する燃焼室１０内の燃焼強度の低下を抑制することができる。このため、火花点火運転に移行したときにエンジン１の出力が低下するのを防止することができる。
また、本実施形態のＥＣＵ５１は、イオンセンサ３４のイオン電流値の上昇率が閾値Ｐ以上であること、すなわち、燃焼強度が所定強度以上であることを条件として、燃焼状態制御を実行するので、混合気の早期燃焼が発生したことを速やかに検出して燃焼室１０内に還流される排気ガス量を増加させることができる。このため、混合気の早期燃焼の発生を継続的に抑制することができる。

また、本実施形態のＥＣＵ５１は、イオンセンサ３４のイオン電流値の上昇率が閾値Ｐ以上である場合に、イオンセンサ３４のイオン電流値の上昇率が閾値Ｐ未満となるまで、すなわち、燃焼強度が所定強度未満となるまで燃焼状態制御を継続するので、混合気の燃焼強度が抑制されるまで燃焼室１０内に還流される排気ガス量を増加させて、混合気の早期燃焼が再発するのを防止することができる。
なお、本実施形態のエンジン１は、燃焼検出部および燃焼強度検出部として、イオンセンサ３４を用いているが、イオンセンサ３４に代えて、シリンダ６内の圧力を直接検出する筒内圧センサを用いてもよく、燃焼室１０内で混合気が燃焼されたときの振動を検出するノックセンサを用いてもよい。

また、本実施形態のエンジン１は、排気管２１の途中に排気弁２３を設けた内部ＥＧＲ方式を採用しているが、これに限定されるものではない。例えば、吸気管１５と排気管２１とを接続するＥＧＲ配管と、ＥＧＲ配管上に設けられたＥＧＲ弁とを設け、排気管２１に導入された排気ガスの一部を、ＥＧＲ配管を通して吸気管１５に還流させる外部ＥＧＲ方式を採用してもよい。この場合には、排気弁２３およびステッピングモータ２２を制御するのと同様にして、ＥＧＲ弁を駆動するステッピングモータを駆動してＥＧＲ弁を制御すればよい。
また、本実施形態のエンジン１は、排気管２１に排気弁２３を設けて燃焼室１０内に還流されるＥＧＲガス量を調整するようにしているが、これに限らず、可変バルブリフト機構を設け、排気弁１４のリフト量を低下させて、燃焼室１０内の残留ガス量を増加させるようにしてもよい。

本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

１…エンジン（内燃機関）、６…シリンダ（気筒）、１０…燃焼室、１７…ステッピングモータ（吸入空気量調整部材）、１８…スロットル弁（吸入空気量調整部材）、２０…点火プラグ、２２…ステッピングモータ（排気ガス還流量調整部材）、２３…スロットル弁（排気ガス還流量調整部材）、３４…イオンセンサ（燃焼検出部，燃焼強度検出部）、５２…ＣＰＵ（燃焼強度検出部，点火信号出力部， 燃焼状態制御部）、６１…燃焼強度検出部、６２……点火信号出力部、６３…燃焼状態制御部

Claims (4)

1. 内燃機関に設けられた気筒の燃焼室内の混合気に点火する点火プラグと、前記点火プラグに点火信号を出力する点火信号出力部とを備えた内燃機関の燃焼状態制御装置であって、
   前記燃焼室内で混合気が燃焼されたことを検出する燃焼検出部と、
   前記燃焼室内に還流される排気ガス量を調整する排気ガス還流量調整部材と、
   前記点火信号の出力時期と異なる時期に前記混合気の燃焼を検出したことを条件として、前記燃焼室内に還流される排気ガス量を増加させるように前記排気ガス還流量調整部材を制御するとともに、前記点火信号出力部による点火信号の出力を停止して、自着火運転に移行する燃焼状態制御を実行する燃焼状態制御部とを含んで構成されることを特徴とする内燃機関の燃焼状態制御装置。
2. 前記気筒に供給される吸入空気量を調整する吸入空気量調整部材を備え、
   前記燃焼状態制御部は、前記燃焼状態制御が実行された後に、所定の点火条件が成立したことを条件として、前記吸入空気量調整部材によって前記気筒に吸入される吸入空気量を減少させ、次いで、前記燃焼室内に還流される排気ガス量を減少させた後に、前記点火信号出力部による点火信号の出力を再開することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃焼状態制御装置。
3. 前記燃焼室内で燃焼された混合気の燃焼強度を検出する燃焼強度検出部を有し、
   前記燃焼状態制御部は、前記燃焼強度が所定強度以上であることを条件として、前記燃焼状態制御を実行することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の燃焼状態制御装置。
4. 前記燃焼状態制御部は、前記燃焼強度が所定強度以上である場合に、前記燃焼強度が所定強度未満となるまで前記燃焼状態制御を継続することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の燃焼状態制御装置。

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