内燃機関の制御装置
【課題】予混合圧縮自着火燃焼と、火花点火燃焼とが切り替え可能なエンジン１０において、吸気バルブ４２及び排気バルブ４４の双方を閉弁させる期間（ＮＶＯ期間）内に筒内噴射弁５２から噴射された燃料の燃焼によってイオン電流が流れることで、点火プラグ３６の中心電極３６ａと接地電極３６ｂとの間に印加される電圧が低下し、イオン電流の検出精度の低下すること。
【解決手段】膨張行程後半から排気バルブ４４の開弁タイミングまでの間に点火制御部６６からオン点火信号を出力し、コンデンサ８４に給電する第１コイル通電処理を行う。その後、ＮＶＯ期間内に検出されるイオン出力値の最大値が所定の閾値以上であると判断された場合、点火プラグ３６の中心電極３６ａと接地電極３６ｂとの間に印加される電圧が低下したと判断する。そして、吸気バルブ４２が開弁するまでにオン点火信号を再度出力し、コンデンサ８４に再度給電する第２コイル通電処理を行う。
【解決手段】膨張行程後半から排気バルブ４４の開弁タイミングまでの間に点火制御部６６からオン点火信号を出力し、コンデンサ８４に給電する第１コイル通電処理を行う。その後、ＮＶＯ期間内に検出されるイオン出力値の最大値が所定の閾値以上であると判断された場合、点火プラグ３６の中心電極３６ａと接地電極３６ｂとの間に印加される電圧が低下したと判断する。そして、吸気バルブ４２が開弁するまでにオン点火信号を再度出力し、コンデンサ８４に再度給電する第２コイル通電処理を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気行程後半から吸気行程前半までの間に設けられる排気バルブ及び吸気バルブの双方の閉弁期間に前記内燃機関の燃焼室内に燃料を供給する第１の燃料供給手段と、該第１の燃料供給手段による燃料供給後の吸気行程において前記燃焼室内に燃料を供給する第２の燃料供給手段と、前記燃焼室に突出した点火プラグに供給される電力の一部を蓄電する蓄電手段によって該点火プラグの中心電極と接地電極との間に電圧が印加される期間において、これら両電極間に流れるイオン電流についての情報を取得するイオン電流取得手段とを備え、該イオン電流取得手段の出力値から算出されるイオン電流に基づき前記供給された燃料の燃焼状態を検出する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
吸気通路において燃料（ガソリン）と吸気とを予め混合したもの（予混合気）を燃焼室での圧縮により自着火（予混合圧縮自着火、Homogeneous Charge Compression Ignition：ＨＣＣＩ）燃焼させる内燃機関が研究されている。この内燃機関では、まず、排気バルブ及び吸気バルブの双方を閉弁させる（負のバルブオーバーラップ：ＮＶＯ）期間が排気行程の後半から吸気行程の前半までの間に設定されることで、予混合気の燃焼によって生成された燃焼ガス（内部ＥＧＲ）が燃焼室内に残留する。次に、ＮＶＯ期間において、内部ＥＧＲが圧縮されることで高温高圧となり、燃焼室内の温度が上昇する状況下、燃焼室内に燃料が直接噴射供給される。そして、噴射供給された燃料の一部の燃焼によって燃焼室内の温度が更に上昇することで、吸入行程において燃焼室内に供給される予混合気が加熱され、予混合気の着火性を向上させている。一方、上記噴射供給された燃料のうち、未燃燃料は、高温の内部ＥＧＲとともに燃焼室内に閉じ込められることで、着火性の高いものへと改質され、予混合気の着火性を更に向上させている。これにより、自着火燃焼を実現させることが可能となる。
【０００３】
ここで、上記自着火燃焼を良好なものとするためには、自着火タイミングを高精度に制御することが要求される。このため、自着火タイミングを実際に検出し、自着火燃焼制御に反映させることが望まれる。そこで従来、例えば下記特許文献１に見られるように、火花点火式内燃機関において、一部の運転領域で自着火燃焼制御を行うとともに、その際に点火プラグの中心電極及び接地電極間に流れる電流（イオン電流）を検出することで自着火タイミングを間接的に検出することも提案されている。ここで、イオン電流の検出手段は、火花点火式内燃機関において燃焼状態を検出するための周知技術である。すなわち、点火プラグに供給される電力の一部を蓄電するコンデンサを電源として、点火プラグの両電極間に予め電圧を印加することで、燃料の燃焼によってイオンが生じる場合に両電極間に流れるイオン電流を検出する技術である。
【０００４】
ただし、イオン電流に基づき自着火タイミングを検出するためには、都度の自着火タイミングの検出に先立ってコンデンサに給電すべく、点火プラグに電力を供給することが要求される。しかしながら、燃焼室内に燃料が存在する期間に点火プラグに電力を供給すると、放電火花の発生によって燃料が着火され得る。この場合、自着火燃焼制御において、自着火タイミングが適切なタイミングからずれることに起因してトルク変動が生じたり排気特性が悪化したりするおそれがある。
【０００５】
そこで上記特許文献１では、ＮＶＯ期間において燃料が噴射供給される前に点火プラグに電力を供給し、コンデンサに給電することで、自着火タイミングが適切なタイミングからずれる事態を回避する技術も提案されている。これにより、トルク変動の発生や排気特性の悪化を回避することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２４８８３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記技術によれば、自着火タイミングが適切なタイミングからずれる事態を回避しつつコンデンサに給電することはできるものの、イオン電流の検出精度が低下する事態が生じ得る。すなわち、コンデンサへの給電後、ＮＶＯ期間において燃焼室内に噴射供給された燃料の燃焼によってイオン電流が流れると、コンデンサの電圧低下に起因して点火プラグの両電極間に印加される電圧が低下することで、イオン電流の検出精度が低下し得る。この場合、燃焼室内の燃焼状態の検出精度が低下するおそれがある。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、イオン電流の検出精度の低下を好適に回避することのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。
【００１０】
請求項１記載の発明は、内燃機関の排気行程後半から吸気行程前半までの間に設けられる排気バルブ及び吸気バルブの双方の閉弁期間に前記内燃機関の燃焼室内に燃料を供給する第１の燃料供給手段と、該第１の燃料供給手段による燃料供給後の吸気行程において前記燃焼室内に燃料を供給する第２の燃料供給手段と、前記燃焼室に突出した点火プラグに供給される電力の一部を蓄電する蓄電手段によって該点火プラグの中心電極と接地電極との間に電圧が印加される期間において、これら両電極間に流れるイオン電流についての情報を取得するイオン電流取得手段とを備え、該イオン電流取得手段の出力値から算出されるイオン電流に基づき前記供給された燃料の燃焼状態を検出する内燃機関の制御装置において、膨張行程後半から前記第１の燃料供給手段により燃料が供給されるまでの間に前記点火プラグに前記蓄電手段を給電するための電力を供給する第１の電力供給手段と、前記双方の閉弁期間内の前記蓄電手段の蓄電量が所定以下となることに基づき、前記第２の燃料供給手段により燃料が供給される前に前記点火プラグに前記蓄電手段を給電するための電力を再度供給する第２の電力供給手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
自着火燃焼を行う場合において、圧縮行程後半から膨張行程までの間の内燃機関のトルクを生成するための燃焼（メイン燃焼）期間に点火プラグの両電極間に流れるイオン電流を検出するためには、点火プラグの両電極間に所定以上の電圧が印加されていることが要求される。ここで、第１の電力供給手段により点火プラグに電力を供給することで蓄電手段に電力が供給された後、上記双方の閉弁期間（ＮＶＯ期間）において第１の燃料供給手段により供給される燃料の燃焼によって点火プラグの両電極間にイオン電流が流れると、蓄電手段の蓄電量が減少し、ひいては点火プラグの両電極間への印加電圧が低下し得る。この場合、メイン燃焼期間内のイオン電流の検出精度が低下することで、燃焼室内の燃焼状態の検出精度が低下するおそれがある。この点、上記発明では、ＮＶＯ期間内の蓄電手段の蓄電量が所定以下になることに基づき、点火プラグの両電極間への印加電圧が低下したと判断することができる。そして、第２の燃料供給手段により燃料が供給される前に、点火プラグに再度電力を供給することで蓄電手段に電力を供給する。これにより、適切な自着火タイミング以外のタイミングで着火される事態を回避しつつも、メイン燃焼期間に点火プラグへの印加電圧を高く維持することができる。このため、メイン燃焼期間におけるイオン電流の検出精度の低下を好適に回避することができる。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記第２の電力供給手段は、前記イオン電流取得手段の出力値から算出される前記双方の閉弁期間内のイオン電流が所定以上となることに基づき、前記電力を再度供給することを特徴とする。
【００１３】
点火プラグの両電極間を流れるイオン電流が大きいと、蓄電手段の蓄電量が大きく減少し、両電極間への印加電圧が低下する。上記発明では、この点に鑑み、ＮＶＯ期間内に流れるイオン電流が所定以上となることに基づき、上記印加電圧が低下したことを簡素な構成で且つ高精度に把握することができる。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記イオン電流取得手段の出力値から算出される前記双方の閉弁期間内のイオン電流に基づき、前記内燃機関の自着火燃焼制御を行う制御手段を更に備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明者らは、ＮＶＯ期間内に流れるイオン電流に基づき、燃料の改質度合いや燃焼室内の温度の上昇度合い等、ＮＶＯ期間における燃焼室内の燃焼状態を把握可能なことを見出した。そして、上記燃焼状態が、メイン燃焼の燃焼状態に影響を与えることを見出した。上記発明では、この点に鑑み、ＮＶＯ期間内に流れるイオン電流に基づき自着火燃焼制御を行うことで、自着火燃焼の制御精度をより向上させることができる。
【００１６】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、前記双方の閉弁期間内の前記蓄電量が所定以下となってから前記第２の燃料供給手段により燃料が供給されるまでの時間が所定時間以下となることに基づき、前記第２の燃料供給手段による燃料供給タイミングを遅角させる遅角手段を更に備えることを特徴とする。
【００１７】
ＮＶＯ期間内の蓄電手段の蓄電量が所定以下となってから第２の燃料供給手段により燃料が供給されるまでの時間が短時間となる状況下、第２の電力供給手段により点火プラグに再度電力を供給すると、第２の燃料供給手段により燃料が供給された後に放電火花が生じ得る。この場合、適切な自着火タイミング以外のタイミングで着火されるおそれがある。この点、上記発明では、第２の燃料供給手段による燃料供給タイミングを遅らせる（遅角させる）ことで、点火プラグに再度電力を供給するために要する時間を確保することができる。これにより、適切な自着火タイミング以外のタイミングで着火される事態を好適に回避することができる。
【００１８】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明において、前記双方の閉弁期間内の前記蓄電量が所定以下となってから前記第２の燃料供給手段により燃料が供給されるまでの時間が所定時間以下となることに基づき、前記点火プラグを介すことなく前記蓄電手段に充電する充電手段を更に備えることを特徴とする。
【００１９】
上記発明では、ＮＶＯ期間内の蓄電手段の蓄電量が所定以下となってから第２の燃料供給手段により燃料が供給されるまでの時間が短時間となる状況下、点火プラグの両電極間に放電火花を生じさせることなく蓄電手段に充電し、点火プラグの両電極間に電圧を印加することができる。これにより、適切な自着火タイミング以外のタイミングで着火される事態を好適に回避することができる。
【００２０】
請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発明において、前記内燃機関は、前記燃焼室内に燃料を直接噴射供給する燃料噴射弁と、同燃料噴射弁よりも燃料噴射率が大きい燃料噴射弁とを備えるものであり、前記第１の燃料供給手段は、前記直接噴射供給する燃料噴射弁を操作することで前記燃料を供給するものであり、前記第２の燃料供給手段は、前記燃料噴射率が大きい燃料噴射弁を操作することで前記燃料を供給するものであることを特徴とする。
【００２１】
自着火燃焼を良好なものとするには、ＮＶＯ期間において適切なタイミングで燃焼室に燃料を噴射供給することが要求され、ここでの燃料量は通常、内燃機関のトルクを生成するための燃料量よりも少ない。この点、上記発明では、燃焼室内に直接燃料を噴射供給することで上記適切なタイミングで燃料を噴射供給することができる。また、上記２つの燃料噴射弁を備えることで、ＮＶＯ期間及び上記トルクを生成するために要求される燃料噴射を適切に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１の実施形態にかかるシステム構成図。
【図２】同実施形態にかかるイオン電流検出回路の構成図。
【図３】同実施形態にかかるＮＶＯ期間におけるイオン電流の発生態様を示すタイムチャート。
【図４】同実施形態にかかるコイル通電処理を示すフローチャート。
【図５】同実施形態にかかるコイル通電処理態様を示すタイムチャート。
【図６】第２の実施形態にかかるコイル通電処理を示すフローチャート。
【図７】第３の実施形態にかかるシステム構成図。
【図８】同実施形態にかかるコイル通電処理を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる内燃機関の制御装置をガソリンエンジンに適用した第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２４】
図１に本実施形態にかかるシステム構成を示す。
【００２５】
図示されるエンジン１０は、４ストロークエンジンであり、火花点火式内燃機関である。エンジン１０の吸気通路１２には、上流側から順に、吸入される空気量（吸気量）を検出するエアフローメータ１４、ＤＣモータ等のアクチュエータによって開度調節される電子制御式のスロットルバルブ１６及び吸気圧を検出する吸気圧センサ１８が設けられている。吸気通路１２のうち、吸気圧センサ１８の下流側には、エンジン１０の各気筒の燃焼室２０に吸気を導入する吸気マニホールド２２が接続されている。吸気マニホールド２２において各気筒の吸気ポート近傍には、燃料ポンプ２４ａによって燃料タンク２６から汲み上げられる燃料（ガソリン）を噴射供給する電磁駆動式の燃料噴射弁（ポート噴射弁２８）が設けられている。ポート噴射弁２８は、エンジン１０のトルクを生成するため（出力制御用）の燃料噴射に用いられるものである。なお、吸気マニホールド２２においてポート噴射弁２８の下流側には、燃焼室２０内に気流（スワール流やタンブル流）を生じさせる気流制御弁３０が設けられている。また、吸気通路１２には、スロットルバルブ１６の上流側と下流側とが連通するようにバイパス通路３２が接続されており、この通路には、アイドル運転時のエンジン回転速度を制御すべくこの通路を流れる吸気量を調節する電磁弁（アイドルスピードコントロールバルブ３４）が設けられている。
【００２６】
エンジン１０のシリンダヘッドには点火プラグ３６が設けられており、プラグ先端に備えられた中心電極３６ａ及び接地電極３６ｂは燃焼室２０内に突出している。
【００２７】
エンジン１０の各気筒に複数（２つ）個ずつ設けられた吸気ポート及び排気ポートのそれぞれは、吸気バルブ４２及び排気バルブ４４のそれぞれにより開閉される。ここでは、吸気バルブ４２の開弁によってポート噴射弁２８により噴射供給される燃料と吸気との混合気が燃焼室２０内に導入され、点火プラグ３６の火花放電によって混合気が着火され燃焼（火花点火燃焼）に供される。燃焼によって発生したエネルギは、ピストン３８を介して、エンジン１０の出力軸（クランク軸４６）の回転エネルギとして取り出される。燃焼に供された混合気は、排気バルブ４４の開弁によって排気として排気マニホールド５３に排出される。
【００２８】
上記吸気バルブ４２及び排気バルブ４４の開閉タイミング（バルブタイミング）は、吸気側及び排気側の可変バルブタイミング装置（吸気側及び排気側ＶＶＴ装置４８、５０）により可変とされている。詳しくは、吸気側及び排気側ＶＶＴ装置４８，５０は、クランク軸４６に対する吸気側カム軸及び排気側カム軸の相対的な回転角度を調節するための吸気側及び排気側の可変バルブタイミング機構と、これら可変バルブタイミング機構の駆動力として油圧ポンプから可変バルブタイミング機構に供給される作動油の油圧を調節するための吸気側及び排気側の電磁駆動式の油圧制御弁とを備えて構成される。これら油圧制御弁が操作されることで上記油圧が調節され、吸気バルブ４２及び排気バルブ４４の開閉タイミングを調節することが可能となる。
【００２９】
エンジン１０には、燃料ポンプ２４ｂによって上記燃料タンク２６から汲み上げられる燃料を燃焼室２０内に直接噴射供給する電磁駆動式の燃料噴射弁（筒内噴射弁５２）が設けられている。筒内噴射弁５２は、後述する自着火燃焼制御のための微少燃料噴射が可能となっており、筒内噴射弁５２の噴射率（単位時間当たりの燃料噴射量）は、ポート噴射弁２８の噴射率よりも小さいものとなっている。
【００３０】
また、エンジン１０には、クランク軸４６近傍でクランク軸４６の回転角度を検出するクランク角度センサ５４や、エンジン１０を冷却する冷却水の温度を検出する水温センサ５６等が設けられている。
【００３１】
電子制御装置（ＥＣＵ５８）は、エンジン１０の各種制御に必要な各種アクチュエータを操作する制御装置である。ＥＣＵ５８は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等からなるマイクロコンピュータ６０や、イオン電流検出部６２、点火制御部６６等を有して構成されている。ここで、イオン電流検出部６２は、後述するイオン電流検出回路６４から出力されるイオン出力値を取得するとともに、この出力値をマイクロコンピュータ６０へと出力する。また、点火制御部６６は、点火プラグ３６に放電火花を生じさせるべく、点火コイル６８に点火信号を出力する。ＥＣＵ５８は、ユーザのアクセル操作量を検出するアクセルセンサ７０や、クランク角度センサ５４、更にはエアフローメータ１４等の検出信号を逐次入力する。ＥＣＵ５８は、これらの信号に基づきポート噴射弁２８による燃料噴射制御や、吸気バルブ４２及び排気バルブ４４の開閉タイミングの制御（バルブタイミング制御）、点火プラグ３６による点火制御、気流制御弁３０による気流制御等、エンジン１０の燃焼制御を行う。
【００３２】
次に、本実施形態にかかるイオン電流を検出するための構成について図２を用いて詳述する。
【００３３】
図示されるように、上記点火プラグ３６には、点火コイル６８を構成する二次コイル７２の一端が接続され、二次コイル７２の他端は、イオン電流検出回路６４を介して接地されている。また、点火コイル６８を構成する一次コイル７４の一端は１２Ｖのバッテリ７６に接続され、一次コイル７４の他端はパワートランジスタ７８のコレクタに接続されている。
【００３４】
イオン電流検出回路６４は、一対のツェナーダイオード８０，８２や、コンデンサ８４、抵抗（イオン電流検出抵抗８６）等から構成されている。詳しくは、これらツェナーダイオード８０、８２のアノード側同士が直列に接続され、ツェナーダイオード８０のカソード側が二次コイル７２の一端に接続されている。また、ツェナーダイオード８０、８２のそれぞれには、コンデンサ８４、イオン電流検出抵抗８６がそれぞれ並列に接続されている。
【００３５】
こうした構成において、パワートランジスタ７８のベースに入力される点火制御部６６からのオン点火信号によってパワートランジスタ７８がオンされると、バッテリ７６から供給される一次電流が一次コイル７４に流れる。一次コイル７４への通電後、点火制御部６６からのオフ点火信号によってパワートランジスタ７８がオフされると、二次コイル７２に高電圧が誘起され、点火プラグ３６の中心電極３６ａと接地電極３６ｂとの間に放電火花が生じるとともに、接地電極３６ｂから中心電極３６ａへと電流（放電電流）が流れる。そして、二次コイル７２を介して流れる放電電流によってツェナーダイオード８０によって規定される電圧となるまでコンデンサ８４に電荷が蓄積される。すなわち、点火コイル６８の二次側から点火プラグ３６に供給される電力の一部がコンデンサ８４に蓄電される。これにより、点火プラグ３６の両電極３６ａ，３６ｂ間には、コンデンサ８４を電源として高電圧が印加される。
【００３６】
点火プラグ３６の両電極３６ａ，３６ｂ間にコンデンサ８４により高電圧が印加される状況下、混合気が燃焼室２０内で着火・燃焼することでイオンが生じると、点火プラグ３６の両電極３６ａ，３６ｂ間に通電経路が形成され、コンデンサ８４を電源として点火プラグ３６の中心電極３６ａから接地電極３６ｂへと電流（イオン電流）が流れる。イオン電流は、イオン電流検出抵抗８６の接地側からこの抵抗を介してコンデンサ８４へと流れるため、コンデンサ８４とイオン電流検出抵抗８６との間に接続されたイオン電流検出部６２の入力電圧Ｖｉｎ（イオン出力値）がイオン電流に応じて変化する。
【００３７】
ところで、本実施形態にかかるエンジン１０では、上記火花点火燃焼と、吸気通路１２や吸気マニホールド２２において燃料と吸気とを予め混合したもの（予混合気）を燃焼室２０に供給するとともに燃焼室２０での圧縮によって着火（自着火）させる自着火燃焼とが切り替え可能となっている。ＥＣＵ５８は、機関運転状態に応じて火花点火燃焼させる制御（火花点火燃焼制御）と、自着火燃焼させる制御（自着火燃焼制御）とを切り替えることで、各制御に応じた上記燃料噴射制御や、バルブタイミング制御等を行う。以下、自着火燃焼制御について説明する。
【００３８】
この制御ではまず、排気行程の後半から吸気行程の前半までの間において、バルブタイミング制御により吸気バルブ４２及び排気バルブ４４の双方を閉弁させる（負のバルブオーバーラップ：ＮＶＯ）期間を設定する（ＮＶＯ設定処理）。これにより、予混合気の燃焼によって生成された高温の燃焼ガス（内部ＥＧＲ）を燃焼室２０内に残留させる。次に、ＮＶＯ期間において、内部ＥＧＲが圧縮されることで高温高圧となり、燃焼室２０内の温度が上昇する状況下、筒内噴射弁５２から燃焼室２０内に燃料を噴射させる。そして、噴射された燃料の一部の燃焼によって燃焼室２０内の温度が更に上昇することで、吸入行程において燃焼室２０内に供給される予混合気が加熱される。一方、筒内噴射弁５２から噴射された燃料のうち、未燃燃料は、高温の内部ＥＧＲとともに燃焼室２０内に閉じ込められることで、着火性の高いものへと改質される。
【００３９】
一方、筒内噴射弁５２による燃料噴射とは別に、排気行程から吸気行程までの間に、エンジン１０の出力制御用の燃料がポート噴射弁２８により噴射されることで吸気通路１２や吸気マニホールド２２において予混合気が生成される。予混合気は、吸気バルブ４２の開弁とともに燃焼室２０内に供給され、時間経過とともに燃焼室２０内にて予混合気の生成が促進される。その後、圧縮行程に移行することで燃焼室２０内の圧力・温度が上昇すると、ＮＶＯ期間において改質された燃料が圧縮上死点付近で自着火することでこれが火種となり、予混合気が燃焼（メイン燃焼）に供される。なお、自着火燃焼によれば、予混合気のリーン化を図ることができるとともに燃焼状態を良好なものとすることができるため、燃費低減効果を向上させたり、ＮＯｘを低減させたりすることが可能となる。なお、上記出力制御用の燃料噴射量は、上記ＮＶＯ期間内に要求される燃料噴射量よりも多いものとなっている。
【００４０】
ここで、自着火燃焼においては通常、着火タイミング等の制御が困難であり、ノッキングや失火等の異常が生じやすい。このため、本実施形態では、イオン電流検出部６２により取得されるイオン出力値に基づき自着火燃焼制御を行っている。ここでは、メイン燃焼期間に検出されたイオン出力値の最大値の出現タイミングに基づき自着火タイミングを推定したり、上記イオン出力値の最大値の大きさに基づき失火の有無を推定したりする。そして、これら推定結果に基づきＮＶＯ期間内の筒内噴射弁５２からの燃料噴射量を補正する。具体的には、推定された自着火タイミングが機関運転状態毎に規定される適切な自着火タイミングよりも早い（進角する）場合、上記燃料噴射量を減量する。これにより、ＮＶＯ期間における熱エネルギの発生を抑制することで吸気行程での予混合気の加熱を抑制し、自着火タイミングを遅らせる（遅角させる）ことができ、ノッキングの発生を回避することが可能となる。また、失火が生じたと推定された場合、上記燃料噴射量を増量する。これにより、ＮＶＯ期間内の燃料の燃焼による熱エネルギの発生を多くすることで、自着火を促進させることが可能となる。
【００４１】
上記自着火燃焼によるイオン電流を検出すべく、膨張行程後半から排気バルブ４４の開弁タイミングまでの間（第１コイル通電期間）に、点火制御部６６からオン点火信号を出力し、コンデンサ８４に給電する処理（第１コイル通電処理）を行う。第１コイル通電期間は、自着火タイミングが機関運転状態毎に規定される適切な自着火タイミングからずれる事態を回避する観点から設定されたものである。すなわち、燃焼室２０内に予混合気が存在する状況下、上記オン点火信号が出力されることで点火プラグ３６に放電火花が生じると、予混合気が着火し得る。この場合、予混合気の燃焼に起因してトルク変動が生じたり排気特性が悪化したりするおそれがある。そこで、予混合気の存在しない第１コイル通電期間に第１コイル通電処理を行うことで、コンデンサ８４への給電による自着火タイミングのずれを回避することが可能となる。
【００４２】
ところで、第１コイル通電処理後、ＮＶＯ期間内に筒内噴射弁５２から噴射された燃料の燃焼によってイオン電流が流れると、コンデンサ８４の電圧が低下し、点火プラグ３６の両電極３６ａ、３６ｂ間への印加電圧が低下し得る。この場合、メイン燃焼に伴うイオン電流の検出精度が低下することでメイン燃焼期間における燃焼室２０内の燃焼状態の検出精度が低下し、ひいては自着火燃焼制御精度が低下するおそれがある。
【００４３】
そこで本実施形態では、図３に示すように、ＮＶＯ期間内に検出されたイオン出力値の最大値Ｖｎｖｏに基づき、点火プラグ３６の両電極３６ａ、３６ｂ間への印加電圧が低下したか否かを判断する。詳しくは、図３（ｂ）に示すように、筒内噴射弁５２からの燃料噴射の後、イオン出力値の最大値Ｖｎｖｏが所定の閾値Ｘ以上となる場合、点火プラグ３６の両電極３６ａ、３６ｂ間への印加電圧が大きく低下したと判断する。これは、イオン出力値（イオン電流値）が大きいと、コンデンサ８４の蓄電量が減少することで、コンデンサ８４の電圧が低下することに基づくものである。これに対し、図３（ｃ）に示すように、上記燃料噴射の後、イオン出力値の最大値Ｖｎｖｏが所定の閾値Ｘよりも小さい場合には、点火プラグ３６の両電極３６ａ、３６ｂ間への印加電圧が大きく低下していないと判断する。そして、上記印加電圧が大きく低下したと判断された場合、ＮＶＯ期間が終了するまでに点火制御部６６から再度オン点火信号を出力することで点火プラグ３６に通電し、コンデンサ８４に給電する処理（第２コイル通電処理）を行う。これにより、自着火タイミングが機関運転状態毎に規定される適切な自着火タイミングからずれる事態を回避するとともに、メイン燃焼期間においてイオン電流を検出するために要求される上記印加電圧を確保することで、イオン電流の検出精度の低下を回避する。
【００４４】
図４に、本実施形態にかかる第２コイル通電処理を有する燃焼制御処理の手順を示す。この処理は、ＥＣＵ５８によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。
【００４５】
この一連の処理では、まずステップＳ１０において、アクセルセンサ７０の出力値ＡＣＣＰと、クランク角度センサ５４の出力値Ｃｌａｎｋとを取得する。
【００４６】
続くステップＳ１２において、上記アクセルセンサ７０の出力値ＡＣＣＰに基づきエンジン負荷（要求トルク、負荷率）ＫＬを算出することともに、上記クランク角度センサ５４の出力値Ｃｌａｎｋに基づきエンジン回転速度ＮＥを算出する。
【００４７】
ステップＳ１２の処理の完了後、ステップＳ１４において、自着火燃焼領域であるか否かを判断する。この処理は、現在の運転領域が、自着火燃焼制御を行う運転領域であるか又は火花点火燃焼制御を行う運転領域であるかを判断するためのものである。具体的には、エンジン負荷ＫＬ及びエンジン回転速度ＮＥと関連付けられた自着火燃焼領域及び火花点火燃焼領域を規定する予め実験等で算出されたマップを用い、エンジン負荷ＫＬ及びエンジン回転速度ＮＥに基づき、自着火燃焼領域であるか否かを判断する。なお、自着火燃焼領域は、主に高負荷高回転領域及び低負荷低回転領域を除く領域として規定され、自着火燃焼領域以外は火花点火燃焼領域として規定される。これは、高負荷高回転領域において自着火燃焼に起因するエンジン１０の振動及び騒音の増大を回避したり、低負荷低回転領域においてエンジン１０が低温となることに起因して自着火燃焼が困難となる事態を回避したりするためである。
【００４８】
ステップＳ１４において否定判断された場合には、自着火燃焼が困難な運転領域であると判断し、ステップＳ１６に進み、火花点火燃焼制御を行う。具体的には、エンジン負荷ＫＬ及びエンジン回転速度ＮＥと関連付けられた火花点火燃焼制御のためのポート噴射弁２８からの燃料噴射量・燃料噴射タイミング、点火プラグ３６による点火タイミング及び吸気バルブ４２・排気バルブ４４のバルブタイミングが規定されるマップを用い、エンジン負荷ＫＬや、エンジン回転速度ＮＥ、更には水温センサ５６の出力値から算出される冷却水温等に基づき、燃料噴射制御処理や、点火制御処理、バルブタイミング制御処理等が行われる。
【００４９】
一方、上記ステップＳ１４において自着火燃焼領域であると判断された場合には、ステップＳ１８に進み、自着火燃焼制御処理を行う。具体的には、エンジン負荷ＫＬ及びエンジン回転速度ＮＥと関連付けられたＮＶＯ期間、筒内噴射弁５２からの燃料噴射量・燃料噴射タイミング、ポート噴射弁２８からの燃料噴射量・燃料噴射タイミング、第１コイル通電処理タイミングを規定する予め実験等で算出されたマップを用い、エンジン負荷ＫＬ及びエンジン回転速度ＮＥに基づき、上記ＮＶＯ設定処理、燃料噴射制御処理及び第１コイル通電処理を行えばよい。なお、本実施形態では、エンジン負荷ＫＬが所定以下であると判断された場合、点火プラグ３６により火花点火を行う処理（点火アシスト処理）を行う。これは、エンジン負荷ＫＬが低いと、ＮＶＯ期間内の燃料の燃焼による熱エネルギの発生量が少なくなり、吸気行程において予混合気を十分に加熱することができなくなることに起因して失火が生じる事態を回避するためのものである。
【００５０】
ちなみに、筒内噴射弁５２からの燃料噴射タイミングが遅角すると、燃焼サイクル間の自着火タイミングのばらつきが大きくなることで、燃焼状態が悪化し、トルク変動が増大するおそれがある。一方、上記噴射タイミングが進角すると、燃料の改質が過度に促進されることで、自着火タイミングが進角し、ノッキングが生じやすくなるおそれがある。このため、ＮＶＯ期間内の筒内噴射弁５２からの燃焼噴射タイミングは、トルク変動やノッキングの発生を抑制することについての要求に応じて設定すればよい。
【００５１】
ステップＳ１８の処理の完了後、ステップＳ２０に進み、イオン電流検出回路６４から出力されるイオン出力値を取得する。
【００５２】
続くステップＳ２２では、上記取得されたイオン出力値に基づき、ＮＶＯ期間内のイオン出力値の最大値Ｖｎｖoが所定の閾値Ｘ以上であるか否かを判断する。この処理は、イオン電流の検出精度を確保するために要する点火プラグ３６の両電極３６ａ、３６ｂ間への印加電圧が十分であるか否かを把握するためのものである。ここで、上記所定の閾値Ｘは、イオン電流に基づく燃焼状態の検出精度を確保するために要するコンデンサ８４の電圧に基づき設定すればよい。
【００５３】
ステップＳ２２においてイオン出力値の最大値Ｖｎｖｏが所定の閾値Ｘ以上であると判断された場合には、ステップＳ２４に進み、第２コイル通電処理を行う。この処理は、メイン燃焼期間におけるイオン電流の検出精度を確保すべくコンデンサ８４へ給電するためのものである。ここで、第２コイル通電処理は、ＮＶＯ期間においてイオン出力値の最大値Ｖｎｖｏが検出されてからＮＶＯ期間が終了する（吸気バルブ４２が開弁する）までの間（第２コイル通電期間）に行われる。これは、自着火タイミングが機関運転状態毎に規定される適切な自着火タイミングからずれる事態を回避するためである。すなわち、ＮＶＯ期間の終了に伴い吸気バルブ４２が開弁すると、予混合気が燃焼室２０内に供給される。このような状況下、第２コイル通電処理が行われると、上記適切な自着火タイミング以外のタイミングで点火プラグ３６に放電火花が生じ、予混合気が着火・燃焼することに起因してトルク変動が生じたり排気特性が悪化したりするおそれがある。そこで、予混合気の存在しない第２コイル通電期間に第２コイル通電処理を行うことで、コンデンサ８４への給電による自着火タイミングのずれを回避することが可能となる。なお、第２コイル通電期間において筒内噴射弁５２から噴射された燃料が燃焼室２０内に存在するが、燃焼室２０内には吸気がほとんど存在しないため、第２コイル通電処理による燃料の燃焼反応は小さく、コンデンサ８４の電圧の低下量は小さい。このため、メイン燃焼期間におけるイオン電流の検出精度が低下することはない。
【００５４】
ステップＳ２４の処理が完了する場合や、上記ステップＳ２２において否定判断された場合には、ステップＳ２６に進み、ＮＶＯ期間内のイオン出力値の最大値Ｖｎｖｏに基づく燃焼制御処理を行う。この処理は、ＮＶＯ期間における燃料の改質度合いや燃焼室２０内の温度の上昇度合い等がその後のメイン燃焼の燃焼状態に影響を与えることに鑑み、自着火燃焼の制御精度をより向上させるためのものである。つまり、上記イオン出力値の最大値Ｖｎｖｏが大きいと、燃料の改質や燃焼室２０内の昇温が促進されることでメイン燃焼の自着火タイミングが早くなり、ノッキングが生じやすくなるおそれがある。一方、上記イオン出力値の最大値Ｖｎｖｏが小さいと、予混合気を加熱する熱エネルギの発生量が少なくなり、失火しやすくなるおそれがある。このため、上記イオン出力値の最大値Ｖｎｖｏに基づきＮＶＯ期間内の燃焼状態を把握することで、その後のメイン燃焼の燃焼状態を予測することが可能となる。そして、この把握結果を上記最大値Ｖｎｖｏが検出された直後のメイン燃焼の制御に反映させることで、自着火燃焼の制御精度をより向上させることが可能となる。具体的には、例えば、上記イオン出力値の最大値Ｖｎｖｏが大きい場合、上記ステップＳ１８の処理で算出されたポート噴射弁２８からの燃料噴射量を減量補正したり、燃焼室２０内の気流を調節したりすることで、メイン燃焼を抑制し、ノッキングの発生を回避する。ここで、気流の調節手法としては、例えば、吸気バルブ４２の開弁タイミングを調節したり、エンジン１０の各気筒に複数（２つ）設けられる吸気ポートに対応する吸気バルブ４２のうち一方を開弁させたり、気流制御弁３０を操作したりするものが挙げられる。一方、上記イオン出力値の最大値Ｖｎｖｏが小さい場合には、上記ステップＳ１８の処理で算出されたポート噴射弁２８からの燃料噴射量の増量補正等を行うことで、失火を回避する。
【００５５】
ステップＳ２６の処理の完了後、ステップＳ２８に進み、メイン燃焼期間のイオン出力値を取得する。
【００５６】
続くステップＳ３０では、上記ステップＳ２８の処理で取得されたイオン出力値に基づく燃焼制御処理を行う。この処理は、現在のメイン燃焼期間における燃焼状態を把握し、この把握結果を次回の自着火燃焼制御処理に反映するためのものである。具体的には、例えば、メイン燃焼期間におけるイオン出力値に基づき推定された自着火タイミングが機関運転状態毎に規定される適切な自着火タイミングよりも進角する場合、次回の上記ステップＳ１８の処理で設定される筒内噴射弁５２やポート噴射弁２８からの燃料噴射量を減量補正する。これにより、ノッキングの発生を抑制することが可能となる。また、上記イオン出力値に基づき失火したと判断された場合、次回の上記ステップＳ１８の処理で設定される筒内噴射弁５２からの燃料噴射量を増量補正する。これにより、ＮＶＯ期間内の燃料の燃焼による熱エネルギの発生量を多くし、失火を回避する。
【００５７】
なお、ステップＳ１６、Ｓ３０の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。
【００５８】
図５に、本実施形態における第２コイル通電処理の一例を示す。詳しくは、図５（ａ）に、吸気バルブ４２及び排気バルブ４４のリフトの推移を示し、図５（ｂ）に、燃焼室２０内の圧力（筒内圧）の推移を示し、図５（ｃ）に、筒内噴射弁５２又はポート噴射弁２８からの燃料噴射の推移を示し、図５（ｄ）に、点火制御部６６から出力される点火信号の推移を示し、図５（ｅ）に、イオン出力値の推移を示す。
【００５９】
図示されるように、膨張行程の後半である時刻ｔ１から排気バルブ４４が閉弁する時刻ｔ２までの間に第１コイル通電処理が行われる。その後、ＮＶＯ期間（時刻ｔ２から時刻ｔ４までの期間）内である時刻ｔ３において筒内噴射弁５２から燃料が噴射され、燃焼室２０内で燃料の燃焼が生じる。ここで、イオン出力値の最大値Ｖｎｖｏが所定の閾値Ｘ以上になると判断されることで、吸気バルブ４２が開弁する時刻ｔ４までに第２コイル通電処理が行われる。これにより、メイン燃焼の前にコンデンサ８４に給電することができるため、メイン燃焼期間においてイオン電流を高精度に検出することができる。
【００６０】
ここで、第２コイル通電処理を行う場合におけるイオン出力値の推移を実線にて示すとともに、第２コイル通電処理を行わない場合（従来技術）におけるイオン出力値の推移を破線にて併記した。従来技術では、ＮＶＯ期間内の燃料の燃焼によってコンデンサ８４の電圧が低下したにもかかわらず第２コイル通電処理を行わないため、点火プラグ３６の両電極３６ａ、３６ｂ間に印加される電圧が不足し、メイン燃焼期間におけるイオン電流の検出精度が低下する。
【００６１】
このように、本実施形態では、ＮＶＯ期間内に検出されるイオン出力値の最大値Ｖｎｖｏが所定の閾値Ｘ以上であると判断された場合、吸気バルブ４２が開弁するまでに第２コイル通電処理を行うことで、メイン燃焼期間においてイオン電流の検出精度の低下を好適に回避することができる。
【００６２】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
【００６３】
（１）ＮＶＯ期間内に検出されるイオン出力値の最大値Ｖｎｖｏが所定の閾値Ｘ以上であると判断された場合、吸気バルブ４２が開弁するまでに第２コイル通電処理を行った。これにより、自着火タイミングが機関運転状態毎に規定される適切な自着火タイミングからずれる事態を回避しつつも、イオン電流の検出精度の低下を好適に回避することができ、ひいては自着火燃焼制御精度を向上させることができる。
【００６４】
（２）メイン燃焼期間内に検出されるイオン出力値及びＮＶＯ期間内に検出されるイオン出力値の最大値Ｖｎｖｏに基づき自着火燃焼制御を行った。これにより、自着火燃焼制御精度をいっそう向上させることができる。
【００６５】
（３）ＮＶＯ期間内に筒内噴射弁５２から燃焼室２０内に直接燃料を噴射するとともに、ポート噴射弁２８から出力制御用の燃料を噴射した。これにより、自着火燃焼に要求される燃料噴射を適切に行うことができる。
【００６６】
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【００６７】
本実施形態では、ＮＶＯ期間内のイオン出力値の最大値Ｖｎｖｏが所定の閾値Ｘ以上になると判断されてから吸気バルブ４２が開弁するまでの時間Ｔが所定時間Ｔ１以下となることに基づき、ポート噴射弁２８からの燃料噴射タイミングを遅角させる制御（遅角制御）を行う。これは、自着火タイミングが機関運転状態毎に規定された適切な自着火タイミングからずれる事態を回避するためのものである。上記時間Ｔが短時間となる状況下、第２コイル通電処理を行うと、吸気バルブ４２の開弁によって予混合気が燃焼室２０内に供給された後に点火プラグ３６により放電火花が生じ得る。この場合、上記適切な自着火タイミング以外で予混合気が着火されることで、燃焼状態が悪化するおそれがある。
【００６８】
図６に、本実施形態にかかる第２コイル通電処理を有する燃焼制御処理の手順を示す。この処理は、ＥＣＵ５８によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図６において、先の図４に示した処理に対応する処理については、便宜上同一のステップ番号を付している。
【００６９】
この一連の処理では、ステップＳ２２においてＮＶＯ期間内のイオン出力値の最大値Ｖｎｖｏが所定の閾値Ｘ以上であると判断されると、ステップＳ３２に進み、上記イオン出力値の最大値Ｖｎｖｏが所定の閾値Ｘ以上であると判断されてから吸気バルブ４２が開弁するまでの時間Ｔが所定時間Ｔ１以下であるか否かを判断する。この処理は、ＮＶＯ期間内に第２コイル通電処理を行うことができるか否かを判断するためのものである。ここで、上記所定時間Ｔ１は、第２コイル通電処理に要する時間に基づき設定すればよい。
【００７０】
ステップＳ３２において上記時間Ｔが所定時間Ｔ１以下であると判断された場合には、ＮＶＯ期間内に第２コイル通電処理を行うことができないと判断し、ステップＳ３４においてポート噴射弁２８からの燃料噴射タイミングを遅角させる処理を行う。この処理は、第２コイル通電処理に要する時間を確保するためのものである。なお、上記燃料噴射タイミングは、吸気行程において予混合気の生成を極力確保できる時間に基づき遅角させればよい。
【００７１】
ステップＳ３４の処理が完了する場合、先の図４に示したステップＳ２４の処理を行う。そして、ステップＳ２４の処理が完了する場合や、上記ステップＳ３２、Ｓ２２において否定判断された場合には、先の図４に示したステップＳ２６〜Ｓ３０の処理を行う。
【００７２】
なお、ステップＳ１６、Ｓ３０の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。
【００７３】
このように、本実施形態では、ＮＶＯ期間内のイオン出力値の最大値Ｖｎｖｏが所定の閾値Ｘ以上であると判断されてから吸気バルブ４２が開弁するまでの時間Ｔが所定時間Ｔ１以下であると判断された場合、ポート噴射弁２８からの燃料噴射タイミングの遅角処理を行った。これにより、自着火タイミングが機関運転状態毎に規定された適切な自着火タイミングからずれる事態を回避しつつも、イオン電流の検出精度が低下する事態を好適に回避することができる。
【００７４】
（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態について、先の第２の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【００７５】
図７に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。なお、図７において、先の図１に示した部材と同一の部材については、便宜上同一の符号を示しており、イオン電流を検出するための部材以外の部材を省略している。
【００７６】
図示されるように、本実施形態では、充電用点火装置８８と、切り替え回路９０ａ、９０ｂとを新たに設けるとともに、ＮＶＯ期間内のイオン出力値の最大値Ｖｎｖｏが所定の閾値Ｘ以上であると判断されてから吸気バルブ４２が開弁するまでの時間Ｔが所定時間Ｔ１以下となることに基づき、先の図２に示したコンデンサ８４への給電のための電源を切り替え回路９０ａ、９０ｂによって点火コイル６８から充電用点火装置８８に切り替えて第２コイル通電処理を行う。これは、先の第２の実施形態と同様に、自着火タイミングが機関運転状態毎に規定された適切な自着火タイミングからずれる事態を回避するためのものである。このため、上記時間Ｔが第２コイル通電処理を行うために要する時間を超えると判断される場合、コンデンサ８４への電力供給源を充電用点火装置８８とすることで、燃焼室２０内に放電火花を生じさせることなく、コンデンサ８４に充電する。これにより、自着火タイミングが上記適切な自着火タイミングからずれる事態を回避する。
【００７７】
なお、充電用点火装置８８としては、具体的には、例えば先の図２の点火コイル６８及び点火プラグ３６と同様な構成を有して且つ一対の電極が燃焼室２０に突出しないようにすればよい。こうした構成において、切り替え回路９０ａを切り替えて点火制御部６６によって充電用点火装置８８を操作するとともに、切り替え回路９０ｂを切り替えて、イオン電流検出回路６４と充電用点火装置８８とを接続することで、燃焼室２０内に火花放電を生じさせることなく充電用点火装置８８によってコンデンサ８４に電荷が蓄積される。
【００７８】
図８に、本実施形態にかかる第２コイル通電処理を有する燃焼制御処理の手順を示す。この処理は、ＥＣＵ５８によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図８において、先の図６に示した処理に対応する処理については、便宜上同一のステップ番号を付している。
【００７９】
この一連の処理では、ステップＳ３２においてＮＶＯ期間内のイオン出力値の最大値Ｖｎｖｏが所定の閾値Ｘ以上であると判断されると、ステップＳ３６に進み、充電用点火装置８８によるコンデンサ８４への給電処理を行う。ここで、コンデンサ８４への給電処理は、予混合気が圧縮により自着火されると想定されるタイミングよりも前に行えばよい。
【００８０】
ステップＳ３６の処理が完了する場合、先の図６に示したステップＳ２４の処理を行う。そして、ステップＳ２４の処理が完了する場合や、上記ステップＳ３２、Ｓ２２において否定判断された場合には、先の図６に示したステップＳ２６〜Ｓ３０の処理を行う。
【００８１】
なお、ステップＳ１６、Ｓ３０の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。
【００８２】
このように、本実施形態では、ＮＶＯ期間内のイオン出力値の最大値Ｖｎｖｏが所定の閾値Ｘ以上であると判断されてから吸気バルブ４２が開弁するまでの時間Ｔが所定時間Ｔ１以下であると判断された場合、充電用点火装置８８からコンデンサ８４へ給電した。これにより、自着火タイミングが機関運転状態毎に規定された適切な自着火タイミングからずれる事態を回避しつつも、イオン電流の検出精度が低下する事態を好適に回避することができる。
【００８３】
（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
【００８４】
・上記第１の実施形態においては、吸気バルブ４２の開弁後に燃焼室２０に流入する予混合気が火花点火によって着火することを回避すべく、第２コイル通電期間をＮＶＯ期間内に限った。しかし、実際には、ポート噴射弁２８の燃料噴射タイミングが、機関運転状態によっては、吸気バルブ４２の開弁後となることがある。この場合、第２コイル通電期間としてはＮＶＯ期間内に限らない。例えば、筒内噴射弁５２からの燃料噴射量が所定量以下であることを条件として、第２コイル通電期間を、イオン出力値の最大値Ｖｎｖｏが所定の閾値Ｘ以上であると判断されてから、ポート噴射弁２８の燃料噴射タイミングまでの期間内に設定してもよい。これは、ＮＶＯ期間内の筒内噴射弁５２からの燃料噴射量が少ない場合、その後吸気バルブ４２の開弁とともに燃焼室２０内に吸気が供給されたとしても、点火プラグ３６の放電火花によって筒内噴射弁５２から噴射された燃料と吸気との混合気が着火されるおそれがないことに基づくものである。なお、上記所定量は、吸気バルブ４２の開弁によって燃焼室２０内に供給されると想定される機関運転状態に応じた吸気量とＮＶＯ期間内に噴射された燃料との混合気が放電火花により着火されない最小値として予め実験等に基づき設定すればよい。
【００８５】
また、エンジン１０に備えられる燃料噴射弁としては、筒内噴射弁５２（第１の燃料供給手段）及びポート噴射弁２８（第２の燃料供給手段）の双方に限らず、例えば、筒内噴射弁５２のみを備え、この噴射弁にてＮＶＯ期間内に要求される燃料及び出力制御用の燃料を噴射してもよい。この場合、ＮＶＯ期間内に要求される燃料噴射量が上記所定量以下であって、且つ吸気バルブ４２開弁後の吸気行程において出力制御用の燃料を噴射供給する場合、第２コイル通電処理を、上記出力制御用の燃料を噴射する前までに行えばよい。更に例えば、筒内噴射弁５２のみを２つ備え、一方でＮＶＯ期間内に要求される燃料を噴射するとともに、他方で出力制御用の燃料を噴射してもよい。
【００８６】
・上記各実施形態では、ＮＶＯ期間内のイオン出力値の最大値Ｖｎｖｏに基づき、第２コイル通電処理を行うか否かを判断したがこれに限らない。例えば、コンデンサ８４両端の電圧Ｖを検出する手段（電圧センサ）を備え、この電圧Ｖに基づき判断してもよい。具体的には、上記電圧Ｖが所定値Ｖ０以下になると判断された場合、点火プラグ３６の両電極３６ａ、３６ｂ間への印加電圧が低下したと判断し、第２コイル通電処理を行えばよい。なお、上記所定値Ｖ０は、先の図４のステップＳ２２の処理における所定の閾値Ｘの設定手法と同様に、イオン電流に基づく燃焼状態の検出精度を確保するために要するコンデンサ８４の電圧に基づき設定すればよい。
【００８７】
・上記各実施形態では、アクセルセンサ７０の出力値に基づきエンジン負荷ＫＬを算出したがこれに限らない。例えば、エアフローメータ１４の出力値、又は吸気圧センサ１８及びクランク角度センサの出力値に基づき算出してもよい。
【００８８】
・上記第２の実施形態における遅角処理としては、ポート噴射弁２８の燃料噴射タイミングを遅角させるものに限らない。例えば、ＮＶＯ期間内のイオン出力値の最大値Ｖｎｖｏが所定の閾値Ｘ以上であると判断されてから吸気バルブ４２が開弁するまでの時間Ｔが所定時間Ｔ１以下であると判断された場合、出力制御用の燃料噴射を、ポート噴射弁２８に代えて筒内噴射弁５２にて行うとともに、筒内噴射弁５２からの燃料噴射タイミングを、吸気行程において第２コイル通電処理の完了タイミング以降のタイミングまで遅角させてもよい。出力制御用の燃料噴射をポート噴射弁２８で行う場合、燃料が噴射されてからこの燃料が吸気マニホールド２２を介して燃焼室２０に輸送されるまでに時間を要する。このため、第２コイル通電処理後の吸気行程における燃料噴射タイミングの遅角度合いが大きく制約されることとなる。これに対し、筒内噴射弁５２によれば、出力制御用の燃料を燃焼室２０内に直接噴射供給することができるため、燃料噴射タイミングの遅角度合いの自由度を向上させることができ、ひいては適切な自着火タイミング以外のタイミングで自着火される事態を回避することができる。
【００８９】
・上記第３の実施形態では、充電用点火装置８８からコンデンサ８４へと給電したがこれに限らない。例えば、充電用点火装置８８に代えて、バッテリ７６の電圧を昇圧させる昇圧回路（コンバータ）を備え、昇圧回路からコンデンサ８４へと給電してもよい。
【００９０】
・蓄電手段としては、コンデンサ８４に限らず、例えば蓄電池であってもよい。
【００９１】
・イオン電流についての情報としては、コンデンサ８４とイオン電流検出抵抗８６との間の入力電圧Ｖｉｎに限らない。例えば、イオン電流が流れる経路にこの電流値を検出する手段（電流センサ）を備え、この手段の出力値を上記イオン電流についての情報としてもよい。
【００９２】
・上記各実施形態では、メイン燃焼期間内のイオン出力値及びＮＶＯ期間内のイオン出力値の最大値Ｖｎｖｏに基づく自着火燃焼制御（先の図４、図６、図８のステップＳ２６、Ｓ３０の処理）を行ったがこれに限らない。例えば、メイン燃焼期間内のイオン出力値に基づく自着火燃焼制御（上記ステップＳ３０の処理）のみを行ってもよい。この場合であっても、自着火燃焼制御精度を向上させることはできる。
【符号の説明】
【００９３】
１０…エンジン、２０…燃焼室、２８…ポート噴射弁、３６…点火プラグ、３６ａ…中心電極、３６ｂ…接地電極、４２…吸気バルブ、４４…排気バルブ、４８…吸気側ＶＶＴ装置、５０…排気側ＶＶＴ装置、５２…筒内噴射弁、５８…ＥＣＵ（内燃機関の制御装置の一実施形態）、６２…イオン電流検出部、６４…イオン電流検出回路、６８…点火コイル、７２…二次コイル、８４…コンデンサ、８８…充電用点火装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気行程後半から吸気行程前半までの間に設けられる排気バルブ及び吸気バルブの双方の閉弁期間に前記内燃機関の燃焼室内に燃料を供給する第１の燃料供給手段と、該第１の燃料供給手段による燃料供給後の吸気行程において前記燃焼室内に燃料を供給する第２の燃料供給手段と、前記燃焼室に突出した点火プラグに供給される電力の一部を蓄電する蓄電手段によって該点火プラグの中心電極と接地電極との間に電圧が印加される期間において、これら両電極間に流れるイオン電流についての情報を取得するイオン電流取得手段とを備え、該イオン電流取得手段の出力値から算出されるイオン電流に基づき前記供給された燃料の燃焼状態を検出する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
吸気通路において燃料（ガソリン）と吸気とを予め混合したもの（予混合気）を燃焼室での圧縮により自着火（予混合圧縮自着火、Homogeneous Charge Compression Ignition：ＨＣＣＩ）燃焼させる内燃機関が研究されている。この内燃機関では、まず、排気バルブ及び吸気バルブの双方を閉弁させる（負のバルブオーバーラップ：ＮＶＯ）期間が排気行程の後半から吸気行程の前半までの間に設定されることで、予混合気の燃焼によって生成された燃焼ガス（内部ＥＧＲ）が燃焼室内に残留する。次に、ＮＶＯ期間において、内部ＥＧＲが圧縮されることで高温高圧となり、燃焼室内の温度が上昇する状況下、燃焼室内に燃料が直接噴射供給される。そして、噴射供給された燃料の一部の燃焼によって燃焼室内の温度が更に上昇することで、吸入行程において燃焼室内に供給される予混合気が加熱され、予混合気の着火性を向上させている。一方、上記噴射供給された燃料のうち、未燃燃料は、高温の内部ＥＧＲとともに燃焼室内に閉じ込められることで、着火性の高いものへと改質され、予混合気の着火性を更に向上させている。これにより、自着火燃焼を実現させることが可能となる。
【０００３】
ここで、上記自着火燃焼を良好なものとするためには、自着火タイミングを高精度に制御することが要求される。このため、自着火タイミングを実際に検出し、自着火燃焼制御に反映させることが望まれる。そこで従来、例えば下記特許文献１に見られるように、火花点火式内燃機関において、一部の運転領域で自着火燃焼制御を行うとともに、その際に点火プラグの中心電極及び接地電極間に流れる電流（イオン電流）を検出することで自着火タイミングを間接的に検出することも提案されている。ここで、イオン電流の検出手段は、火花点火式内燃機関において燃焼状態を検出するための周知技術である。すなわち、点火プラグに供給される電力の一部を蓄電するコンデンサを電源として、点火プラグの両電極間に予め電圧を印加することで、燃料の燃焼によってイオンが生じる場合に両電極間に流れるイオン電流を検出する技術である。
【０００４】
ただし、イオン電流に基づき自着火タイミングを検出するためには、都度の自着火タイミングの検出に先立ってコンデンサに給電すべく、点火プラグに電力を供給することが要求される。しかしながら、燃焼室内に燃料が存在する期間に点火プラグに電力を供給すると、放電火花の発生によって燃料が着火され得る。この場合、自着火燃焼制御において、自着火タイミングが適切なタイミングからずれることに起因してトルク変動が生じたり排気特性が悪化したりするおそれがある。
【０００５】
そこで上記特許文献１では、ＮＶＯ期間において燃料が噴射供給される前に点火プラグに電力を供給し、コンデンサに給電することで、自着火タイミングが適切なタイミングからずれる事態を回避する技術も提案されている。これにより、トルク変動の発生や排気特性の悪化を回避することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２４８８３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記技術によれば、自着火タイミングが適切なタイミングからずれる事態を回避しつつコンデンサに給電することはできるものの、イオン電流の検出精度が低下する事態が生じ得る。すなわち、コンデンサへの給電後、ＮＶＯ期間において燃焼室内に噴射供給された燃料の燃焼によってイオン電流が流れると、コンデンサの電圧低下に起因して点火プラグの両電極間に印加される電圧が低下することで、イオン電流の検出精度が低下し得る。この場合、燃焼室内の燃焼状態の検出精度が低下するおそれがある。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、イオン電流の検出精度の低下を好適に回避することのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。
【００１０】
請求項１記載の発明は、内燃機関の排気行程後半から吸気行程前半までの間に設けられる排気バルブ及び吸気バルブの双方の閉弁期間に前記内燃機関の燃焼室内に燃料を供給する第１の燃料供給手段と、該第１の燃料供給手段による燃料供給後の吸気行程において前記燃焼室内に燃料を供給する第２の燃料供給手段と、前記燃焼室に突出した点火プラグに供給される電力の一部を蓄電する蓄電手段によって該点火プラグの中心電極と接地電極との間に電圧が印加される期間において、これら両電極間に流れるイオン電流についての情報を取得するイオン電流取得手段とを備え、該イオン電流取得手段の出力値から算出されるイオン電流に基づき前記供給された燃料の燃焼状態を検出する内燃機関の制御装置において、膨張行程後半から前記第１の燃料供給手段により燃料が供給されるまでの間に前記点火プラグに前記蓄電手段を給電するための電力を供給する第１の電力供給手段と、前記双方の閉弁期間内の前記蓄電手段の蓄電量が所定以下となることに基づき、前記第２の燃料供給手段により燃料が供給される前に前記点火プラグに前記蓄電手段を給電するための電力を再度供給する第２の電力供給手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
自着火燃焼を行う場合において、圧縮行程後半から膨張行程までの間の内燃機関のトルクを生成するための燃焼（メイン燃焼）期間に点火プラグの両電極間に流れるイオン電流を検出するためには、点火プラグの両電極間に所定以上の電圧が印加されていることが要求される。ここで、第１の電力供給手段により点火プラグに電力を供給することで蓄電手段に電力が供給された後、上記双方の閉弁期間（ＮＶＯ期間）において第１の燃料供給手段により供給される燃料の燃焼によって点火プラグの両電極間にイオン電流が流れると、蓄電手段の蓄電量が減少し、ひいては点火プラグの両電極間への印加電圧が低下し得る。この場合、メイン燃焼期間内のイオン電流の検出精度が低下することで、燃焼室内の燃焼状態の検出精度が低下するおそれがある。この点、上記発明では、ＮＶＯ期間内の蓄電手段の蓄電量が所定以下になることに基づき、点火プラグの両電極間への印加電圧が低下したと判断することができる。そして、第２の燃料供給手段により燃料が供給される前に、点火プラグに再度電力を供給することで蓄電手段に電力を供給する。これにより、適切な自着火タイミング以外のタイミングで着火される事態を回避しつつも、メイン燃焼期間に点火プラグへの印加電圧を高く維持することができる。このため、メイン燃焼期間におけるイオン電流の検出精度の低下を好適に回避することができる。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記第２の電力供給手段は、前記イオン電流取得手段の出力値から算出される前記双方の閉弁期間内のイオン電流が所定以上となることに基づき、前記電力を再度供給することを特徴とする。
【００１３】
点火プラグの両電極間を流れるイオン電流が大きいと、蓄電手段の蓄電量が大きく減少し、両電極間への印加電圧が低下する。上記発明では、この点に鑑み、ＮＶＯ期間内に流れるイオン電流が所定以上となることに基づき、上記印加電圧が低下したことを簡素な構成で且つ高精度に把握することができる。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記イオン電流取得手段の出力値から算出される前記双方の閉弁期間内のイオン電流に基づき、前記内燃機関の自着火燃焼制御を行う制御手段を更に備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明者らは、ＮＶＯ期間内に流れるイオン電流に基づき、燃料の改質度合いや燃焼室内の温度の上昇度合い等、ＮＶＯ期間における燃焼室内の燃焼状態を把握可能なことを見出した。そして、上記燃焼状態が、メイン燃焼の燃焼状態に影響を与えることを見出した。上記発明では、この点に鑑み、ＮＶＯ期間内に流れるイオン電流に基づき自着火燃焼制御を行うことで、自着火燃焼の制御精度をより向上させることができる。
【００１６】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、前記双方の閉弁期間内の前記蓄電量が所定以下となってから前記第２の燃料供給手段により燃料が供給されるまでの時間が所定時間以下となることに基づき、前記第２の燃料供給手段による燃料供給タイミングを遅角させる遅角手段を更に備えることを特徴とする。
【００１７】
ＮＶＯ期間内の蓄電手段の蓄電量が所定以下となってから第２の燃料供給手段により燃料が供給されるまでの時間が短時間となる状況下、第２の電力供給手段により点火プラグに再度電力を供給すると、第２の燃料供給手段により燃料が供給された後に放電火花が生じ得る。この場合、適切な自着火タイミング以外のタイミングで着火されるおそれがある。この点、上記発明では、第２の燃料供給手段による燃料供給タイミングを遅らせる（遅角させる）ことで、点火プラグに再度電力を供給するために要する時間を確保することができる。これにより、適切な自着火タイミング以外のタイミングで着火される事態を好適に回避することができる。
【００１８】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明において、前記双方の閉弁期間内の前記蓄電量が所定以下となってから前記第２の燃料供給手段により燃料が供給されるまでの時間が所定時間以下となることに基づき、前記点火プラグを介すことなく前記蓄電手段に充電する充電手段を更に備えることを特徴とする。
【００１９】
上記発明では、ＮＶＯ期間内の蓄電手段の蓄電量が所定以下となってから第２の燃料供給手段により燃料が供給されるまでの時間が短時間となる状況下、点火プラグの両電極間に放電火花を生じさせることなく蓄電手段に充電し、点火プラグの両電極間に電圧を印加することができる。これにより、適切な自着火タイミング以外のタイミングで着火される事態を好適に回避することができる。
【００２０】
請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発明において、前記内燃機関は、前記燃焼室内に燃料を直接噴射供給する燃料噴射弁と、同燃料噴射弁よりも燃料噴射率が大きい燃料噴射弁とを備えるものであり、前記第１の燃料供給手段は、前記直接噴射供給する燃料噴射弁を操作することで前記燃料を供給するものであり、前記第２の燃料供給手段は、前記燃料噴射率が大きい燃料噴射弁を操作することで前記燃料を供給するものであることを特徴とする。
【００２１】
自着火燃焼を良好なものとするには、ＮＶＯ期間において適切なタイミングで燃焼室に燃料を噴射供給することが要求され、ここでの燃料量は通常、内燃機関のトルクを生成するための燃料量よりも少ない。この点、上記発明では、燃焼室内に直接燃料を噴射供給することで上記適切なタイミングで燃料を噴射供給することができる。また、上記２つの燃料噴射弁を備えることで、ＮＶＯ期間及び上記トルクを生成するために要求される燃料噴射を適切に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１の実施形態にかかるシステム構成図。
【図２】同実施形態にかかるイオン電流検出回路の構成図。
【図３】同実施形態にかかるＮＶＯ期間におけるイオン電流の発生態様を示すタイムチャート。
【図４】同実施形態にかかるコイル通電処理を示すフローチャート。
【図５】同実施形態にかかるコイル通電処理態様を示すタイムチャート。
【図６】第２の実施形態にかかるコイル通電処理を示すフローチャート。
【図７】第３の実施形態にかかるシステム構成図。
【図８】同実施形態にかかるコイル通電処理を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる内燃機関の制御装置をガソリンエンジンに適用した第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２４】
図１に本実施形態にかかるシステム構成を示す。
【００２５】
図示されるエンジン１０は、４ストロークエンジンであり、火花点火式内燃機関である。エンジン１０の吸気通路１２には、上流側から順に、吸入される空気量（吸気量）を検出するエアフローメータ１４、ＤＣモータ等のアクチュエータによって開度調節される電子制御式のスロットルバルブ１６及び吸気圧を検出する吸気圧センサ１８が設けられている。吸気通路１２のうち、吸気圧センサ１８の下流側には、エンジン１０の各気筒の燃焼室２０に吸気を導入する吸気マニホールド２２が接続されている。吸気マニホールド２２において各気筒の吸気ポート近傍には、燃料ポンプ２４ａによって燃料タンク２６から汲み上げられる燃料（ガソリン）を噴射供給する電磁駆動式の燃料噴射弁（ポート噴射弁２８）が設けられている。ポート噴射弁２８は、エンジン１０のトルクを生成するため（出力制御用）の燃料噴射に用いられるものである。なお、吸気マニホールド２２においてポート噴射弁２８の下流側には、燃焼室２０内に気流（スワール流やタンブル流）を生じさせる気流制御弁３０が設けられている。また、吸気通路１２には、スロットルバルブ１６の上流側と下流側とが連通するようにバイパス通路３２が接続されており、この通路には、アイドル運転時のエンジン回転速度を制御すべくこの通路を流れる吸気量を調節する電磁弁（アイドルスピードコントロールバルブ３４）が設けられている。
【００２６】
エンジン１０のシリンダヘッドには点火プラグ３６が設けられており、プラグ先端に備えられた中心電極３６ａ及び接地電極３６ｂは燃焼室２０内に突出している。
【００２７】
エンジン１０の各気筒に複数（２つ）個ずつ設けられた吸気ポート及び排気ポートのそれぞれは、吸気バルブ４２及び排気バルブ４４のそれぞれにより開閉される。ここでは、吸気バルブ４２の開弁によってポート噴射弁２８により噴射供給される燃料と吸気との混合気が燃焼室２０内に導入され、点火プラグ３６の火花放電によって混合気が着火され燃焼（火花点火燃焼）に供される。燃焼によって発生したエネルギは、ピストン３８を介して、エンジン１０の出力軸（クランク軸４６）の回転エネルギとして取り出される。燃焼に供された混合気は、排気バルブ４４の開弁によって排気として排気マニホールド５３に排出される。
【００２８】
上記吸気バルブ４２及び排気バルブ４４の開閉タイミング（バルブタイミング）は、吸気側及び排気側の可変バルブタイミング装置（吸気側及び排気側ＶＶＴ装置４８、５０）により可変とされている。詳しくは、吸気側及び排気側ＶＶＴ装置４８，５０は、クランク軸４６に対する吸気側カム軸及び排気側カム軸の相対的な回転角度を調節するための吸気側及び排気側の可変バルブタイミング機構と、これら可変バルブタイミング機構の駆動力として油圧ポンプから可変バルブタイミング機構に供給される作動油の油圧を調節するための吸気側及び排気側の電磁駆動式の油圧制御弁とを備えて構成される。これら油圧制御弁が操作されることで上記油圧が調節され、吸気バルブ４２及び排気バルブ４４の開閉タイミングを調節することが可能となる。
【００２９】
エンジン１０には、燃料ポンプ２４ｂによって上記燃料タンク２６から汲み上げられる燃料を燃焼室２０内に直接噴射供給する電磁駆動式の燃料噴射弁（筒内噴射弁５２）が設けられている。筒内噴射弁５２は、後述する自着火燃焼制御のための微少燃料噴射が可能となっており、筒内噴射弁５２の噴射率（単位時間当たりの燃料噴射量）は、ポート噴射弁２８の噴射率よりも小さいものとなっている。
【００３０】
また、エンジン１０には、クランク軸４６近傍でクランク軸４６の回転角度を検出するクランク角度センサ５４や、エンジン１０を冷却する冷却水の温度を検出する水温センサ５６等が設けられている。
【００３１】
電子制御装置（ＥＣＵ５８）は、エンジン１０の各種制御に必要な各種アクチュエータを操作する制御装置である。ＥＣＵ５８は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等からなるマイクロコンピュータ６０や、イオン電流検出部６２、点火制御部６６等を有して構成されている。ここで、イオン電流検出部６２は、後述するイオン電流検出回路６４から出力されるイオン出力値を取得するとともに、この出力値をマイクロコンピュータ６０へと出力する。また、点火制御部６６は、点火プラグ３６に放電火花を生じさせるべく、点火コイル６８に点火信号を出力する。ＥＣＵ５８は、ユーザのアクセル操作量を検出するアクセルセンサ７０や、クランク角度センサ５４、更にはエアフローメータ１４等の検出信号を逐次入力する。ＥＣＵ５８は、これらの信号に基づきポート噴射弁２８による燃料噴射制御や、吸気バルブ４２及び排気バルブ４４の開閉タイミングの制御（バルブタイミング制御）、点火プラグ３６による点火制御、気流制御弁３０による気流制御等、エンジン１０の燃焼制御を行う。
【００３２】
次に、本実施形態にかかるイオン電流を検出するための構成について図２を用いて詳述する。
【００３３】
図示されるように、上記点火プラグ３６には、点火コイル６８を構成する二次コイル７２の一端が接続され、二次コイル７２の他端は、イオン電流検出回路６４を介して接地されている。また、点火コイル６８を構成する一次コイル７４の一端は１２Ｖのバッテリ７６に接続され、一次コイル７４の他端はパワートランジスタ７８のコレクタに接続されている。
【００３４】
イオン電流検出回路６４は、一対のツェナーダイオード８０，８２や、コンデンサ８４、抵抗（イオン電流検出抵抗８６）等から構成されている。詳しくは、これらツェナーダイオード８０、８２のアノード側同士が直列に接続され、ツェナーダイオード８０のカソード側が二次コイル７２の一端に接続されている。また、ツェナーダイオード８０、８２のそれぞれには、コンデンサ８４、イオン電流検出抵抗８６がそれぞれ並列に接続されている。
【００３５】
こうした構成において、パワートランジスタ７８のベースに入力される点火制御部６６からのオン点火信号によってパワートランジスタ７８がオンされると、バッテリ７６から供給される一次電流が一次コイル７４に流れる。一次コイル７４への通電後、点火制御部６６からのオフ点火信号によってパワートランジスタ７８がオフされると、二次コイル７２に高電圧が誘起され、点火プラグ３６の中心電極３６ａと接地電極３６ｂとの間に放電火花が生じるとともに、接地電極３６ｂから中心電極３６ａへと電流（放電電流）が流れる。そして、二次コイル７２を介して流れる放電電流によってツェナーダイオード８０によって規定される電圧となるまでコンデンサ８４に電荷が蓄積される。すなわち、点火コイル６８の二次側から点火プラグ３６に供給される電力の一部がコンデンサ８４に蓄電される。これにより、点火プラグ３６の両電極３６ａ，３６ｂ間には、コンデンサ８４を電源として高電圧が印加される。
【００３６】
点火プラグ３６の両電極３６ａ，３６ｂ間にコンデンサ８４により高電圧が印加される状況下、混合気が燃焼室２０内で着火・燃焼することでイオンが生じると、点火プラグ３６の両電極３６ａ，３６ｂ間に通電経路が形成され、コンデンサ８４を電源として点火プラグ３６の中心電極３６ａから接地電極３６ｂへと電流（イオン電流）が流れる。イオン電流は、イオン電流検出抵抗８６の接地側からこの抵抗を介してコンデンサ８４へと流れるため、コンデンサ８４とイオン電流検出抵抗８６との間に接続されたイオン電流検出部６２の入力電圧Ｖｉｎ（イオン出力値）がイオン電流に応じて変化する。
【００３７】
ところで、本実施形態にかかるエンジン１０では、上記火花点火燃焼と、吸気通路１２や吸気マニホールド２２において燃料と吸気とを予め混合したもの（予混合気）を燃焼室２０に供給するとともに燃焼室２０での圧縮によって着火（自着火）させる自着火燃焼とが切り替え可能となっている。ＥＣＵ５８は、機関運転状態に応じて火花点火燃焼させる制御（火花点火燃焼制御）と、自着火燃焼させる制御（自着火燃焼制御）とを切り替えることで、各制御に応じた上記燃料噴射制御や、バルブタイミング制御等を行う。以下、自着火燃焼制御について説明する。
【００３８】
この制御ではまず、排気行程の後半から吸気行程の前半までの間において、バルブタイミング制御により吸気バルブ４２及び排気バルブ４４の双方を閉弁させる（負のバルブオーバーラップ：ＮＶＯ）期間を設定する（ＮＶＯ設定処理）。これにより、予混合気の燃焼によって生成された高温の燃焼ガス（内部ＥＧＲ）を燃焼室２０内に残留させる。次に、ＮＶＯ期間において、内部ＥＧＲが圧縮されることで高温高圧となり、燃焼室２０内の温度が上昇する状況下、筒内噴射弁５２から燃焼室２０内に燃料を噴射させる。そして、噴射された燃料の一部の燃焼によって燃焼室２０内の温度が更に上昇することで、吸入行程において燃焼室２０内に供給される予混合気が加熱される。一方、筒内噴射弁５２から噴射された燃料のうち、未燃燃料は、高温の内部ＥＧＲとともに燃焼室２０内に閉じ込められることで、着火性の高いものへと改質される。
【００３９】
一方、筒内噴射弁５２による燃料噴射とは別に、排気行程から吸気行程までの間に、エンジン１０の出力制御用の燃料がポート噴射弁２８により噴射されることで吸気通路１２や吸気マニホールド２２において予混合気が生成される。予混合気は、吸気バルブ４２の開弁とともに燃焼室２０内に供給され、時間経過とともに燃焼室２０内にて予混合気の生成が促進される。その後、圧縮行程に移行することで燃焼室２０内の圧力・温度が上昇すると、ＮＶＯ期間において改質された燃料が圧縮上死点付近で自着火することでこれが火種となり、予混合気が燃焼（メイン燃焼）に供される。なお、自着火燃焼によれば、予混合気のリーン化を図ることができるとともに燃焼状態を良好なものとすることができるため、燃費低減効果を向上させたり、ＮＯｘを低減させたりすることが可能となる。なお、上記出力制御用の燃料噴射量は、上記ＮＶＯ期間内に要求される燃料噴射量よりも多いものとなっている。
【００４０】
ここで、自着火燃焼においては通常、着火タイミング等の制御が困難であり、ノッキングや失火等の異常が生じやすい。このため、本実施形態では、イオン電流検出部６２により取得されるイオン出力値に基づき自着火燃焼制御を行っている。ここでは、メイン燃焼期間に検出されたイオン出力値の最大値の出現タイミングに基づき自着火タイミングを推定したり、上記イオン出力値の最大値の大きさに基づき失火の有無を推定したりする。そして、これら推定結果に基づきＮＶＯ期間内の筒内噴射弁５２からの燃料噴射量を補正する。具体的には、推定された自着火タイミングが機関運転状態毎に規定される適切な自着火タイミングよりも早い（進角する）場合、上記燃料噴射量を減量する。これにより、ＮＶＯ期間における熱エネルギの発生を抑制することで吸気行程での予混合気の加熱を抑制し、自着火タイミングを遅らせる（遅角させる）ことができ、ノッキングの発生を回避することが可能となる。また、失火が生じたと推定された場合、上記燃料噴射量を増量する。これにより、ＮＶＯ期間内の燃料の燃焼による熱エネルギの発生を多くすることで、自着火を促進させることが可能となる。
【００４１】
上記自着火燃焼によるイオン電流を検出すべく、膨張行程後半から排気バルブ４４の開弁タイミングまでの間（第１コイル通電期間）に、点火制御部６６からオン点火信号を出力し、コンデンサ８４に給電する処理（第１コイル通電処理）を行う。第１コイル通電期間は、自着火タイミングが機関運転状態毎に規定される適切な自着火タイミングからずれる事態を回避する観点から設定されたものである。すなわち、燃焼室２０内に予混合気が存在する状況下、上記オン点火信号が出力されることで点火プラグ３６に放電火花が生じると、予混合気が着火し得る。この場合、予混合気の燃焼に起因してトルク変動が生じたり排気特性が悪化したりするおそれがある。そこで、予混合気の存在しない第１コイル通電期間に第１コイル通電処理を行うことで、コンデンサ８４への給電による自着火タイミングのずれを回避することが可能となる。
【００４２】
ところで、第１コイル通電処理後、ＮＶＯ期間内に筒内噴射弁５２から噴射された燃料の燃焼によってイオン電流が流れると、コンデンサ８４の電圧が低下し、点火プラグ３６の両電極３６ａ、３６ｂ間への印加電圧が低下し得る。この場合、メイン燃焼に伴うイオン電流の検出精度が低下することでメイン燃焼期間における燃焼室２０内の燃焼状態の検出精度が低下し、ひいては自着火燃焼制御精度が低下するおそれがある。
【００４３】
そこで本実施形態では、図３に示すように、ＮＶＯ期間内に検出されたイオン出力値の最大値Ｖｎｖｏに基づき、点火プラグ３６の両電極３６ａ、３６ｂ間への印加電圧が低下したか否かを判断する。詳しくは、図３（ｂ）に示すように、筒内噴射弁５２からの燃料噴射の後、イオン出力値の最大値Ｖｎｖｏが所定の閾値Ｘ以上となる場合、点火プラグ３６の両電極３６ａ、３６ｂ間への印加電圧が大きく低下したと判断する。これは、イオン出力値（イオン電流値）が大きいと、コンデンサ８４の蓄電量が減少することで、コンデンサ８４の電圧が低下することに基づくものである。これに対し、図３（ｃ）に示すように、上記燃料噴射の後、イオン出力値の最大値Ｖｎｖｏが所定の閾値Ｘよりも小さい場合には、点火プラグ３６の両電極３６ａ、３６ｂ間への印加電圧が大きく低下していないと判断する。そして、上記印加電圧が大きく低下したと判断された場合、ＮＶＯ期間が終了するまでに点火制御部６６から再度オン点火信号を出力することで点火プラグ３６に通電し、コンデンサ８４に給電する処理（第２コイル通電処理）を行う。これにより、自着火タイミングが機関運転状態毎に規定される適切な自着火タイミングからずれる事態を回避するとともに、メイン燃焼期間においてイオン電流を検出するために要求される上記印加電圧を確保することで、イオン電流の検出精度の低下を回避する。
【００４４】
図４に、本実施形態にかかる第２コイル通電処理を有する燃焼制御処理の手順を示す。この処理は、ＥＣＵ５８によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。
【００４５】
この一連の処理では、まずステップＳ１０において、アクセルセンサ７０の出力値ＡＣＣＰと、クランク角度センサ５４の出力値Ｃｌａｎｋとを取得する。
【００４６】
続くステップＳ１２において、上記アクセルセンサ７０の出力値ＡＣＣＰに基づきエンジン負荷（要求トルク、負荷率）ＫＬを算出することともに、上記クランク角度センサ５４の出力値Ｃｌａｎｋに基づきエンジン回転速度ＮＥを算出する。
【００４７】
ステップＳ１２の処理の完了後、ステップＳ１４において、自着火燃焼領域であるか否かを判断する。この処理は、現在の運転領域が、自着火燃焼制御を行う運転領域であるか又は火花点火燃焼制御を行う運転領域であるかを判断するためのものである。具体的には、エンジン負荷ＫＬ及びエンジン回転速度ＮＥと関連付けられた自着火燃焼領域及び火花点火燃焼領域を規定する予め実験等で算出されたマップを用い、エンジン負荷ＫＬ及びエンジン回転速度ＮＥに基づき、自着火燃焼領域であるか否かを判断する。なお、自着火燃焼領域は、主に高負荷高回転領域及び低負荷低回転領域を除く領域として規定され、自着火燃焼領域以外は火花点火燃焼領域として規定される。これは、高負荷高回転領域において自着火燃焼に起因するエンジン１０の振動及び騒音の増大を回避したり、低負荷低回転領域においてエンジン１０が低温となることに起因して自着火燃焼が困難となる事態を回避したりするためである。
【００４８】
ステップＳ１４において否定判断された場合には、自着火燃焼が困難な運転領域であると判断し、ステップＳ１６に進み、火花点火燃焼制御を行う。具体的には、エンジン負荷ＫＬ及びエンジン回転速度ＮＥと関連付けられた火花点火燃焼制御のためのポート噴射弁２８からの燃料噴射量・燃料噴射タイミング、点火プラグ３６による点火タイミング及び吸気バルブ４２・排気バルブ４４のバルブタイミングが規定されるマップを用い、エンジン負荷ＫＬや、エンジン回転速度ＮＥ、更には水温センサ５６の出力値から算出される冷却水温等に基づき、燃料噴射制御処理や、点火制御処理、バルブタイミング制御処理等が行われる。
【００４９】
一方、上記ステップＳ１４において自着火燃焼領域であると判断された場合には、ステップＳ１８に進み、自着火燃焼制御処理を行う。具体的には、エンジン負荷ＫＬ及びエンジン回転速度ＮＥと関連付けられたＮＶＯ期間、筒内噴射弁５２からの燃料噴射量・燃料噴射タイミング、ポート噴射弁２８からの燃料噴射量・燃料噴射タイミング、第１コイル通電処理タイミングを規定する予め実験等で算出されたマップを用い、エンジン負荷ＫＬ及びエンジン回転速度ＮＥに基づき、上記ＮＶＯ設定処理、燃料噴射制御処理及び第１コイル通電処理を行えばよい。なお、本実施形態では、エンジン負荷ＫＬが所定以下であると判断された場合、点火プラグ３６により火花点火を行う処理（点火アシスト処理）を行う。これは、エンジン負荷ＫＬが低いと、ＮＶＯ期間内の燃料の燃焼による熱エネルギの発生量が少なくなり、吸気行程において予混合気を十分に加熱することができなくなることに起因して失火が生じる事態を回避するためのものである。
【００５０】
ちなみに、筒内噴射弁５２からの燃料噴射タイミングが遅角すると、燃焼サイクル間の自着火タイミングのばらつきが大きくなることで、燃焼状態が悪化し、トルク変動が増大するおそれがある。一方、上記噴射タイミングが進角すると、燃料の改質が過度に促進されることで、自着火タイミングが進角し、ノッキングが生じやすくなるおそれがある。このため、ＮＶＯ期間内の筒内噴射弁５２からの燃焼噴射タイミングは、トルク変動やノッキングの発生を抑制することについての要求に応じて設定すればよい。
【００５１】
ステップＳ１８の処理の完了後、ステップＳ２０に進み、イオン電流検出回路６４から出力されるイオン出力値を取得する。
【００５２】
続くステップＳ２２では、上記取得されたイオン出力値に基づき、ＮＶＯ期間内のイオン出力値の最大値Ｖｎｖoが所定の閾値Ｘ以上であるか否かを判断する。この処理は、イオン電流の検出精度を確保するために要する点火プラグ３６の両電極３６ａ、３６ｂ間への印加電圧が十分であるか否かを把握するためのものである。ここで、上記所定の閾値Ｘは、イオン電流に基づく燃焼状態の検出精度を確保するために要するコンデンサ８４の電圧に基づき設定すればよい。
【００５３】
ステップＳ２２においてイオン出力値の最大値Ｖｎｖｏが所定の閾値Ｘ以上であると判断された場合には、ステップＳ２４に進み、第２コイル通電処理を行う。この処理は、メイン燃焼期間におけるイオン電流の検出精度を確保すべくコンデンサ８４へ給電するためのものである。ここで、第２コイル通電処理は、ＮＶＯ期間においてイオン出力値の最大値Ｖｎｖｏが検出されてからＮＶＯ期間が終了する（吸気バルブ４２が開弁する）までの間（第２コイル通電期間）に行われる。これは、自着火タイミングが機関運転状態毎に規定される適切な自着火タイミングからずれる事態を回避するためである。すなわち、ＮＶＯ期間の終了に伴い吸気バルブ４２が開弁すると、予混合気が燃焼室２０内に供給される。このような状況下、第２コイル通電処理が行われると、上記適切な自着火タイミング以外のタイミングで点火プラグ３６に放電火花が生じ、予混合気が着火・燃焼することに起因してトルク変動が生じたり排気特性が悪化したりするおそれがある。そこで、予混合気の存在しない第２コイル通電期間に第２コイル通電処理を行うことで、コンデンサ８４への給電による自着火タイミングのずれを回避することが可能となる。なお、第２コイル通電期間において筒内噴射弁５２から噴射された燃料が燃焼室２０内に存在するが、燃焼室２０内には吸気がほとんど存在しないため、第２コイル通電処理による燃料の燃焼反応は小さく、コンデンサ８４の電圧の低下量は小さい。このため、メイン燃焼期間におけるイオン電流の検出精度が低下することはない。
【００５４】
ステップＳ２４の処理が完了する場合や、上記ステップＳ２２において否定判断された場合には、ステップＳ２６に進み、ＮＶＯ期間内のイオン出力値の最大値Ｖｎｖｏに基づく燃焼制御処理を行う。この処理は、ＮＶＯ期間における燃料の改質度合いや燃焼室２０内の温度の上昇度合い等がその後のメイン燃焼の燃焼状態に影響を与えることに鑑み、自着火燃焼の制御精度をより向上させるためのものである。つまり、上記イオン出力値の最大値Ｖｎｖｏが大きいと、燃料の改質や燃焼室２０内の昇温が促進されることでメイン燃焼の自着火タイミングが早くなり、ノッキングが生じやすくなるおそれがある。一方、上記イオン出力値の最大値Ｖｎｖｏが小さいと、予混合気を加熱する熱エネルギの発生量が少なくなり、失火しやすくなるおそれがある。このため、上記イオン出力値の最大値Ｖｎｖｏに基づきＮＶＯ期間内の燃焼状態を把握することで、その後のメイン燃焼の燃焼状態を予測することが可能となる。そして、この把握結果を上記最大値Ｖｎｖｏが検出された直後のメイン燃焼の制御に反映させることで、自着火燃焼の制御精度をより向上させることが可能となる。具体的には、例えば、上記イオン出力値の最大値Ｖｎｖｏが大きい場合、上記ステップＳ１８の処理で算出されたポート噴射弁２８からの燃料噴射量を減量補正したり、燃焼室２０内の気流を調節したりすることで、メイン燃焼を抑制し、ノッキングの発生を回避する。ここで、気流の調節手法としては、例えば、吸気バルブ４２の開弁タイミングを調節したり、エンジン１０の各気筒に複数（２つ）設けられる吸気ポートに対応する吸気バルブ４２のうち一方を開弁させたり、気流制御弁３０を操作したりするものが挙げられる。一方、上記イオン出力値の最大値Ｖｎｖｏが小さい場合には、上記ステップＳ１８の処理で算出されたポート噴射弁２８からの燃料噴射量の増量補正等を行うことで、失火を回避する。
【００５５】
ステップＳ２６の処理の完了後、ステップＳ２８に進み、メイン燃焼期間のイオン出力値を取得する。
【００５６】
続くステップＳ３０では、上記ステップＳ２８の処理で取得されたイオン出力値に基づく燃焼制御処理を行う。この処理は、現在のメイン燃焼期間における燃焼状態を把握し、この把握結果を次回の自着火燃焼制御処理に反映するためのものである。具体的には、例えば、メイン燃焼期間におけるイオン出力値に基づき推定された自着火タイミングが機関運転状態毎に規定される適切な自着火タイミングよりも進角する場合、次回の上記ステップＳ１８の処理で設定される筒内噴射弁５２やポート噴射弁２８からの燃料噴射量を減量補正する。これにより、ノッキングの発生を抑制することが可能となる。また、上記イオン出力値に基づき失火したと判断された場合、次回の上記ステップＳ１８の処理で設定される筒内噴射弁５２からの燃料噴射量を増量補正する。これにより、ＮＶＯ期間内の燃料の燃焼による熱エネルギの発生量を多くし、失火を回避する。
【００５７】
なお、ステップＳ１６、Ｓ３０の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。
【００５８】
図５に、本実施形態における第２コイル通電処理の一例を示す。詳しくは、図５（ａ）に、吸気バルブ４２及び排気バルブ４４のリフトの推移を示し、図５（ｂ）に、燃焼室２０内の圧力（筒内圧）の推移を示し、図５（ｃ）に、筒内噴射弁５２又はポート噴射弁２８からの燃料噴射の推移を示し、図５（ｄ）に、点火制御部６６から出力される点火信号の推移を示し、図５（ｅ）に、イオン出力値の推移を示す。
【００５９】
図示されるように、膨張行程の後半である時刻ｔ１から排気バルブ４４が閉弁する時刻ｔ２までの間に第１コイル通電処理が行われる。その後、ＮＶＯ期間（時刻ｔ２から時刻ｔ４までの期間）内である時刻ｔ３において筒内噴射弁５２から燃料が噴射され、燃焼室２０内で燃料の燃焼が生じる。ここで、イオン出力値の最大値Ｖｎｖｏが所定の閾値Ｘ以上になると判断されることで、吸気バルブ４２が開弁する時刻ｔ４までに第２コイル通電処理が行われる。これにより、メイン燃焼の前にコンデンサ８４に給電することができるため、メイン燃焼期間においてイオン電流を高精度に検出することができる。
【００６０】
ここで、第２コイル通電処理を行う場合におけるイオン出力値の推移を実線にて示すとともに、第２コイル通電処理を行わない場合（従来技術）におけるイオン出力値の推移を破線にて併記した。従来技術では、ＮＶＯ期間内の燃料の燃焼によってコンデンサ８４の電圧が低下したにもかかわらず第２コイル通電処理を行わないため、点火プラグ３６の両電極３６ａ、３６ｂ間に印加される電圧が不足し、メイン燃焼期間におけるイオン電流の検出精度が低下する。
【００６１】
このように、本実施形態では、ＮＶＯ期間内に検出されるイオン出力値の最大値Ｖｎｖｏが所定の閾値Ｘ以上であると判断された場合、吸気バルブ４２が開弁するまでに第２コイル通電処理を行うことで、メイン燃焼期間においてイオン電流の検出精度の低下を好適に回避することができる。
【００６２】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
【００６３】
（１）ＮＶＯ期間内に検出されるイオン出力値の最大値Ｖｎｖｏが所定の閾値Ｘ以上であると判断された場合、吸気バルブ４２が開弁するまでに第２コイル通電処理を行った。これにより、自着火タイミングが機関運転状態毎に規定される適切な自着火タイミングからずれる事態を回避しつつも、イオン電流の検出精度の低下を好適に回避することができ、ひいては自着火燃焼制御精度を向上させることができる。
【００６４】
（２）メイン燃焼期間内に検出されるイオン出力値及びＮＶＯ期間内に検出されるイオン出力値の最大値Ｖｎｖｏに基づき自着火燃焼制御を行った。これにより、自着火燃焼制御精度をいっそう向上させることができる。
【００６５】
（３）ＮＶＯ期間内に筒内噴射弁５２から燃焼室２０内に直接燃料を噴射するとともに、ポート噴射弁２８から出力制御用の燃料を噴射した。これにより、自着火燃焼に要求される燃料噴射を適切に行うことができる。
【００６６】
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【００６７】
本実施形態では、ＮＶＯ期間内のイオン出力値の最大値Ｖｎｖｏが所定の閾値Ｘ以上になると判断されてから吸気バルブ４２が開弁するまでの時間Ｔが所定時間Ｔ１以下となることに基づき、ポート噴射弁２８からの燃料噴射タイミングを遅角させる制御（遅角制御）を行う。これは、自着火タイミングが機関運転状態毎に規定された適切な自着火タイミングからずれる事態を回避するためのものである。上記時間Ｔが短時間となる状況下、第２コイル通電処理を行うと、吸気バルブ４２の開弁によって予混合気が燃焼室２０内に供給された後に点火プラグ３６により放電火花が生じ得る。この場合、上記適切な自着火タイミング以外で予混合気が着火されることで、燃焼状態が悪化するおそれがある。
【００６８】
図６に、本実施形態にかかる第２コイル通電処理を有する燃焼制御処理の手順を示す。この処理は、ＥＣＵ５８によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図６において、先の図４に示した処理に対応する処理については、便宜上同一のステップ番号を付している。
【００６９】
この一連の処理では、ステップＳ２２においてＮＶＯ期間内のイオン出力値の最大値Ｖｎｖｏが所定の閾値Ｘ以上であると判断されると、ステップＳ３２に進み、上記イオン出力値の最大値Ｖｎｖｏが所定の閾値Ｘ以上であると判断されてから吸気バルブ４２が開弁するまでの時間Ｔが所定時間Ｔ１以下であるか否かを判断する。この処理は、ＮＶＯ期間内に第２コイル通電処理を行うことができるか否かを判断するためのものである。ここで、上記所定時間Ｔ１は、第２コイル通電処理に要する時間に基づき設定すればよい。
【００７０】
ステップＳ３２において上記時間Ｔが所定時間Ｔ１以下であると判断された場合には、ＮＶＯ期間内に第２コイル通電処理を行うことができないと判断し、ステップＳ３４においてポート噴射弁２８からの燃料噴射タイミングを遅角させる処理を行う。この処理は、第２コイル通電処理に要する時間を確保するためのものである。なお、上記燃料噴射タイミングは、吸気行程において予混合気の生成を極力確保できる時間に基づき遅角させればよい。
【００７１】
ステップＳ３４の処理が完了する場合、先の図４に示したステップＳ２４の処理を行う。そして、ステップＳ２４の処理が完了する場合や、上記ステップＳ３２、Ｓ２２において否定判断された場合には、先の図４に示したステップＳ２６〜Ｓ３０の処理を行う。
【００７２】
なお、ステップＳ１６、Ｓ３０の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。
【００７３】
このように、本実施形態では、ＮＶＯ期間内のイオン出力値の最大値Ｖｎｖｏが所定の閾値Ｘ以上であると判断されてから吸気バルブ４２が開弁するまでの時間Ｔが所定時間Ｔ１以下であると判断された場合、ポート噴射弁２８からの燃料噴射タイミングの遅角処理を行った。これにより、自着火タイミングが機関運転状態毎に規定された適切な自着火タイミングからずれる事態を回避しつつも、イオン電流の検出精度が低下する事態を好適に回避することができる。
【００７４】
（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態について、先の第２の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【００７５】
図７に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。なお、図７において、先の図１に示した部材と同一の部材については、便宜上同一の符号を示しており、イオン電流を検出するための部材以外の部材を省略している。
【００７６】
図示されるように、本実施形態では、充電用点火装置８８と、切り替え回路９０ａ、９０ｂとを新たに設けるとともに、ＮＶＯ期間内のイオン出力値の最大値Ｖｎｖｏが所定の閾値Ｘ以上であると判断されてから吸気バルブ４２が開弁するまでの時間Ｔが所定時間Ｔ１以下となることに基づき、先の図２に示したコンデンサ８４への給電のための電源を切り替え回路９０ａ、９０ｂによって点火コイル６８から充電用点火装置８８に切り替えて第２コイル通電処理を行う。これは、先の第２の実施形態と同様に、自着火タイミングが機関運転状態毎に規定された適切な自着火タイミングからずれる事態を回避するためのものである。このため、上記時間Ｔが第２コイル通電処理を行うために要する時間を超えると判断される場合、コンデンサ８４への電力供給源を充電用点火装置８８とすることで、燃焼室２０内に放電火花を生じさせることなく、コンデンサ８４に充電する。これにより、自着火タイミングが上記適切な自着火タイミングからずれる事態を回避する。
【００７７】
なお、充電用点火装置８８としては、具体的には、例えば先の図２の点火コイル６８及び点火プラグ３６と同様な構成を有して且つ一対の電極が燃焼室２０に突出しないようにすればよい。こうした構成において、切り替え回路９０ａを切り替えて点火制御部６６によって充電用点火装置８８を操作するとともに、切り替え回路９０ｂを切り替えて、イオン電流検出回路６４と充電用点火装置８８とを接続することで、燃焼室２０内に火花放電を生じさせることなく充電用点火装置８８によってコンデンサ８４に電荷が蓄積される。
【００７８】
図８に、本実施形態にかかる第２コイル通電処理を有する燃焼制御処理の手順を示す。この処理は、ＥＣＵ５８によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図８において、先の図６に示した処理に対応する処理については、便宜上同一のステップ番号を付している。
【００７９】
この一連の処理では、ステップＳ３２においてＮＶＯ期間内のイオン出力値の最大値Ｖｎｖｏが所定の閾値Ｘ以上であると判断されると、ステップＳ３６に進み、充電用点火装置８８によるコンデンサ８４への給電処理を行う。ここで、コンデンサ８４への給電処理は、予混合気が圧縮により自着火されると想定されるタイミングよりも前に行えばよい。
【００８０】
ステップＳ３６の処理が完了する場合、先の図６に示したステップＳ２４の処理を行う。そして、ステップＳ２４の処理が完了する場合や、上記ステップＳ３２、Ｓ２２において否定判断された場合には、先の図６に示したステップＳ２６〜Ｓ３０の処理を行う。
【００８１】
なお、ステップＳ１６、Ｓ３０の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。
【００８２】
このように、本実施形態では、ＮＶＯ期間内のイオン出力値の最大値Ｖｎｖｏが所定の閾値Ｘ以上であると判断されてから吸気バルブ４２が開弁するまでの時間Ｔが所定時間Ｔ１以下であると判断された場合、充電用点火装置８８からコンデンサ８４へ給電した。これにより、自着火タイミングが機関運転状態毎に規定された適切な自着火タイミングからずれる事態を回避しつつも、イオン電流の検出精度が低下する事態を好適に回避することができる。
【００８３】
（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
【００８４】
・上記第１の実施形態においては、吸気バルブ４２の開弁後に燃焼室２０に流入する予混合気が火花点火によって着火することを回避すべく、第２コイル通電期間をＮＶＯ期間内に限った。しかし、実際には、ポート噴射弁２８の燃料噴射タイミングが、機関運転状態によっては、吸気バルブ４２の開弁後となることがある。この場合、第２コイル通電期間としてはＮＶＯ期間内に限らない。例えば、筒内噴射弁５２からの燃料噴射量が所定量以下であることを条件として、第２コイル通電期間を、イオン出力値の最大値Ｖｎｖｏが所定の閾値Ｘ以上であると判断されてから、ポート噴射弁２８の燃料噴射タイミングまでの期間内に設定してもよい。これは、ＮＶＯ期間内の筒内噴射弁５２からの燃料噴射量が少ない場合、その後吸気バルブ４２の開弁とともに燃焼室２０内に吸気が供給されたとしても、点火プラグ３６の放電火花によって筒内噴射弁５２から噴射された燃料と吸気との混合気が着火されるおそれがないことに基づくものである。なお、上記所定量は、吸気バルブ４２の開弁によって燃焼室２０内に供給されると想定される機関運転状態に応じた吸気量とＮＶＯ期間内に噴射された燃料との混合気が放電火花により着火されない最小値として予め実験等に基づき設定すればよい。
【００８５】
また、エンジン１０に備えられる燃料噴射弁としては、筒内噴射弁５２（第１の燃料供給手段）及びポート噴射弁２８（第２の燃料供給手段）の双方に限らず、例えば、筒内噴射弁５２のみを備え、この噴射弁にてＮＶＯ期間内に要求される燃料及び出力制御用の燃料を噴射してもよい。この場合、ＮＶＯ期間内に要求される燃料噴射量が上記所定量以下であって、且つ吸気バルブ４２開弁後の吸気行程において出力制御用の燃料を噴射供給する場合、第２コイル通電処理を、上記出力制御用の燃料を噴射する前までに行えばよい。更に例えば、筒内噴射弁５２のみを２つ備え、一方でＮＶＯ期間内に要求される燃料を噴射するとともに、他方で出力制御用の燃料を噴射してもよい。
【００８６】
・上記各実施形態では、ＮＶＯ期間内のイオン出力値の最大値Ｖｎｖｏに基づき、第２コイル通電処理を行うか否かを判断したがこれに限らない。例えば、コンデンサ８４両端の電圧Ｖを検出する手段（電圧センサ）を備え、この電圧Ｖに基づき判断してもよい。具体的には、上記電圧Ｖが所定値Ｖ０以下になると判断された場合、点火プラグ３６の両電極３６ａ、３６ｂ間への印加電圧が低下したと判断し、第２コイル通電処理を行えばよい。なお、上記所定値Ｖ０は、先の図４のステップＳ２２の処理における所定の閾値Ｘの設定手法と同様に、イオン電流に基づく燃焼状態の検出精度を確保するために要するコンデンサ８４の電圧に基づき設定すればよい。
【００８７】
・上記各実施形態では、アクセルセンサ７０の出力値に基づきエンジン負荷ＫＬを算出したがこれに限らない。例えば、エアフローメータ１４の出力値、又は吸気圧センサ１８及びクランク角度センサの出力値に基づき算出してもよい。
【００８８】
・上記第２の実施形態における遅角処理としては、ポート噴射弁２８の燃料噴射タイミングを遅角させるものに限らない。例えば、ＮＶＯ期間内のイオン出力値の最大値Ｖｎｖｏが所定の閾値Ｘ以上であると判断されてから吸気バルブ４２が開弁するまでの時間Ｔが所定時間Ｔ１以下であると判断された場合、出力制御用の燃料噴射を、ポート噴射弁２８に代えて筒内噴射弁５２にて行うとともに、筒内噴射弁５２からの燃料噴射タイミングを、吸気行程において第２コイル通電処理の完了タイミング以降のタイミングまで遅角させてもよい。出力制御用の燃料噴射をポート噴射弁２８で行う場合、燃料が噴射されてからこの燃料が吸気マニホールド２２を介して燃焼室２０に輸送されるまでに時間を要する。このため、第２コイル通電処理後の吸気行程における燃料噴射タイミングの遅角度合いが大きく制約されることとなる。これに対し、筒内噴射弁５２によれば、出力制御用の燃料を燃焼室２０内に直接噴射供給することができるため、燃料噴射タイミングの遅角度合いの自由度を向上させることができ、ひいては適切な自着火タイミング以外のタイミングで自着火される事態を回避することができる。
【００８９】
・上記第３の実施形態では、充電用点火装置８８からコンデンサ８４へと給電したがこれに限らない。例えば、充電用点火装置８８に代えて、バッテリ７６の電圧を昇圧させる昇圧回路（コンバータ）を備え、昇圧回路からコンデンサ８４へと給電してもよい。
【００９０】
・蓄電手段としては、コンデンサ８４に限らず、例えば蓄電池であってもよい。
【００９１】
・イオン電流についての情報としては、コンデンサ８４とイオン電流検出抵抗８６との間の入力電圧Ｖｉｎに限らない。例えば、イオン電流が流れる経路にこの電流値を検出する手段（電流センサ）を備え、この手段の出力値を上記イオン電流についての情報としてもよい。
【００９２】
・上記各実施形態では、メイン燃焼期間内のイオン出力値及びＮＶＯ期間内のイオン出力値の最大値Ｖｎｖｏに基づく自着火燃焼制御（先の図４、図６、図８のステップＳ２６、Ｓ３０の処理）を行ったがこれに限らない。例えば、メイン燃焼期間内のイオン出力値に基づく自着火燃焼制御（上記ステップＳ３０の処理）のみを行ってもよい。この場合であっても、自着火燃焼制御精度を向上させることはできる。
【符号の説明】
【００９３】
１０…エンジン、２０…燃焼室、２８…ポート噴射弁、３６…点火プラグ、３６ａ…中心電極、３６ｂ…接地電極、４２…吸気バルブ、４４…排気バルブ、４８…吸気側ＶＶＴ装置、５０…排気側ＶＶＴ装置、５２…筒内噴射弁、５８…ＥＣＵ（内燃機関の制御装置の一実施形態）、６２…イオン電流検出部、６４…イオン電流検出回路、６８…点火コイル、７２…二次コイル、８４…コンデンサ、８８…充電用点火装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気行程後半から吸気行程前半までの間に設けられる排気バルブ及び吸気バルブの双方の閉弁期間に前記内燃機関の燃焼室内に燃料を供給する第１の燃料供給手段と、該第１の燃料供給手段による燃料供給後の吸気行程において前記燃焼室内に燃料を供給する第２の燃料供給手段と、前記燃焼室に突出した点火プラグに供給される電力の一部を蓄電する蓄電手段によって該点火プラグの中心電極と接地電極との間に電圧が印加される期間において、これら両電極間に流れるイオン電流についての情報を取得するイオン電流取得手段とを備え、該イオン電流取得手段の出力値から算出されるイオン電流に基づき前記供給された燃料の燃焼状態を検出する内燃機関の制御装置において、
膨張行程後半から前記第１の燃料供給手段により燃料が供給されるまでの間に前記点火プラグに前記蓄電手段を給電するための電力を供給する第１の電力供給手段と、
前記双方の閉弁期間内の前記蓄電手段の蓄電量が所定以下となることに基づき、前記第２の燃料供給手段により燃料が供給される前に前記点火プラグに前記蓄電手段を給電するための電力を再度供給するす第２の電力供給手段とを備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記第２の電力供給手段は、前記イオン電流取得手段の出力値から算出される前記双方の閉弁期間内のイオン電流が所定以上となることに基づき、前記電力を再度供給することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記イオン電流取得手段の出力値から算出される前記双方の閉弁期間内のイオン電流に基づき、前記内燃機関の自着火燃焼制御を行う制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記双方の閉弁期間内の前記蓄電量が所定以下となってから前記第２の燃料供給手段により燃料が供給されるまでの時間が所定時間以下となることに基づき、前記第２の燃料供給手段による燃料供給タイミングを遅角させる遅角手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記双方の閉弁期間内の前記蓄電量が所定以下となってから前記第２の燃料供給手段により燃料が供給されるまでの時間が所定時間以下となることに基づき、前記点火プラグを介すことなく前記蓄電手段に充電する充電手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記内燃機関は、前記燃焼室内に燃料を直接噴射供給する燃料噴射弁と、同燃料噴射弁よりも燃料噴射率が大きい燃料噴射弁とを備えるものであり、
前記第１の燃料供給手段は、前記直接噴射供給する燃料噴射弁を操作することで前記燃料を供給するものであり、
前記第２の燃料供給手段は、前記燃料噴射率が大きい燃料噴射弁を操作することで前記燃料を供給するものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１】
内燃機関の排気行程後半から吸気行程前半までの間に設けられる排気バルブ及び吸気バルブの双方の閉弁期間に前記内燃機関の燃焼室内に燃料を供給する第１の燃料供給手段と、該第１の燃料供給手段による燃料供給後の吸気行程において前記燃焼室内に燃料を供給する第２の燃料供給手段と、前記燃焼室に突出した点火プラグに供給される電力の一部を蓄電する蓄電手段によって該点火プラグの中心電極と接地電極との間に電圧が印加される期間において、これら両電極間に流れるイオン電流についての情報を取得するイオン電流取得手段とを備え、該イオン電流取得手段の出力値から算出されるイオン電流に基づき前記供給された燃料の燃焼状態を検出する内燃機関の制御装置において、
膨張行程後半から前記第１の燃料供給手段により燃料が供給されるまでの間に前記点火プラグに前記蓄電手段を給電するための電力を供給する第１の電力供給手段と、
前記双方の閉弁期間内の前記蓄電手段の蓄電量が所定以下となることに基づき、前記第２の燃料供給手段により燃料が供給される前に前記点火プラグに前記蓄電手段を給電するための電力を再度供給するす第２の電力供給手段とを備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記第２の電力供給手段は、前記イオン電流取得手段の出力値から算出される前記双方の閉弁期間内のイオン電流が所定以上となることに基づき、前記電力を再度供給することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記イオン電流取得手段の出力値から算出される前記双方の閉弁期間内のイオン電流に基づき、前記内燃機関の自着火燃焼制御を行う制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記双方の閉弁期間内の前記蓄電量が所定以下となってから前記第２の燃料供給手段により燃料が供給されるまでの時間が所定時間以下となることに基づき、前記第２の燃料供給手段による燃料供給タイミングを遅角させる遅角手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記双方の閉弁期間内の前記蓄電量が所定以下となってから前記第２の燃料供給手段により燃料が供給されるまでの時間が所定時間以下となることに基づき、前記点火プラグを介すことなく前記蓄電手段に充電する充電手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記内燃機関は、前記燃焼室内に燃料を直接噴射供給する燃料噴射弁と、同燃料噴射弁よりも燃料噴射率が大きい燃料噴射弁とを備えるものであり、
前記第１の燃料供給手段は、前記直接噴射供給する燃料噴射弁を操作することで前記燃料を供給するものであり、
前記第２の燃料供給手段は、前記燃料噴射率が大きい燃料噴射弁を操作することで前記燃料を供給するものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２７０４０（Ｐ２０１１−２７０４０Ａ）
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７４４９３（Ｐ２００９−１７４４９３）
【出願日】平成２１年７月２７日（２００９．７．２７）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月２７日（２００９．７．２７）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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