特開 2025-98809 エンジンの燃焼制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025098809

(43)【公開日】2025-07-02

(54)【発明の名称】エンジンの燃焼制御装置

(51)【国際特許分類】

   F02D 45/00 20060101AFI20250625BHJP

   F02P 17/00 20060101ALI20250625BHJP

   F02P 3/045 20060101ALI20250625BHJP

   F02P 5/15 20060101ALI20250625BHJP

【ＦＩ】

F02D45/00 369

F02P17/00 A

F02P3/045 301Z

F02P5/15 B

F02P5/15 K

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023215190

(22)【出願日】2023-12-20

(71)【出願人】

【識別番号】000003137

【氏名又は名称】マツダ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100115381

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 昌崇

(74)【代理人】

【識別番号】100133916

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 興

(72)【発明者】

【氏名】田中 達也

(72)【発明者】

【氏名】中本 仁寿

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 圭峰

【テーマコード（参考）】

3G019

3G022

3G384

【Ｆターム（参考）】

3G019AB01

3G019BA01

3G019DA01

3G019DA02

3G019GA05

3G019GA09

3G019GA18

3G019KA23

3G022BA06

3G022EA02

3G022GA05

3G022GA06

3G022GA08

3G384AA01

3G384BA24

3G384DA55

3G384FA01

3G384FA06

3G384FA36

3G384FA58

3G384FA79

(57)【要約】

【課題】熱効率の向上を図りつつ異常燃焼の発生を未然に抑制する。
【解決手段】混合気の低温酸化反応の開始に合わせて点火プラグのプラグ電極間にバイアス電圧を印加するとともに、当該バイアス電圧を印加開始した時期から点火時期よりも早い所定時期までの期間である検出期間中に検出されたイオン電流に基づいて、イソオクタン割合等の燃料性状を推定する。そして、当該燃料性状を推定したサイクルと同一サイクルにおける点火時期を燃料性状に応じて補正し、補正後の点火時期で混合気に点火する。
【選択図】図９

【特許請求の範囲】

【請求項1】

気筒と、当該気筒内に燃料を噴射するインジェクタと、当該インジェクタから噴射された燃料を含む混合気に点火する点火プラグと、を備えたエンジンに適用される燃焼制御装置であって、
一次コイルおよび二次コイルを含む点火コイルと、
前記一次コイルへの通電および通電停止を通じて前記二次コイルに高電圧を誘起し、誘起した当該高電圧により前記点火プラグのプラグ電極間で放電を生じさせるイグナイタと、
前記気筒内のイオンに起因して前記プラグ電極間に生じるイオン電流を検出するためのバイアス電圧を前記プラグ電極間に印加するバイアス電圧生成部と、
前記イオン電流を検出するイオン電流検出部と、
前記混合気の圧縮に伴い前記気筒内で生じる低温酸化反応の開始に合わせて前記プラグ電極間に前記バイアス電圧が印加されるように前記バイアス電圧生成部を制御するとともに、前記低温酸化反応の開始よりも遅い時期に設定された点火時期に前記プラグ電極間で放電が生じるように前記イグナイタを制御する点火制御部と、
前記バイアス電圧を印加開始した時期から前記点火時期よりも早い所定時期までの期間である検出期間中に前記イオン電流検出部が検出したイオン電流に基づいて、前記インジェクタから噴射された燃料の性状を推定する演算部と、を備え、
前記点火制御部は、前記燃料の性状が推定されたサイクルと同一サイクルにおける前記点火時期を前記燃料の性状に応じて補正し、補正後の点火時期で前記放電が行われるように前記イグナイタを制御する、エンジンの燃焼制御装置。

【請求項2】

請求項１に記載のエンジンの燃焼制御装置において、
前記演算部は、前記燃料の性状として、前記燃料に含まれるイソオクタンの割合を推定し、
前記点火制御部は、前記イソオクタンの割合が小さいほど前記点火時期を遅角側に補正する、エンジンの燃焼制御装置。

【請求項3】

請求項２に記載のエンジンの燃焼制御装置において、
前記演算部は、前記検出期間中に検出された前記イオン電流に基づいて、前記燃料の性状に相関するイオン電流特徴量を算出し、算出した当該イオン電流特徴量から前記イソオクタンの割合を推定する、エンジンの燃焼制御装置。

【請求項4】

請求項３に記載のエンジンの燃焼制御装置において、
前記イオン電流特徴量は、前記検出期間中における前記プラグ電極間の電荷量の最大値である最大電荷量であり、
前記演算部は、前記最大電荷量が小さいほど前記イソオクタンの割合を大きいと推定する、エンジンの燃焼制御装置。

【請求項5】

請求項３に記載のエンジンの燃焼制御装置において、
前記イオン電流特徴量は、前記検出期間中における前記イオン電流の最大値である最大イオン電流であり、
前記演算部は、前記最大イオン電流が小さいほど前記イソオクタンの割合を大きいと推定する、エンジンの燃焼制御装置。

【請求項6】

請求項４または５に記載のエンジンの燃焼制御装置において、
前記点火制御部は、前記低温酸化反応の開始時から前記バイアス電圧が漸増しその後漸減するように、前記バイアス電圧生成部を制御する、エンジンの燃焼制御装置。

【請求項7】

請求項１～５のいずれか１項に記載のエンジンの燃焼制御装置において、
前記バイアス電圧生成部は、前記二次コイルに接続されたキャパシタ装置である、エンジンの燃焼制御装置。

【請求項8】

請求項１～５のいずれか１項に記載のエンジンの燃焼制御装置において、
前記点火制御部は、エンジン回転数が高いほど前記バイアス電圧の印加開始が早まるように前記バイアス電圧生成部を制御する、エンジンの燃焼制御装置。

【請求項9】

請求項１～５のいずれか１項に記載のエンジンの燃焼制御装置において、
前記点火制御部は、エンジン負荷が高いほど前記バイアス電圧の印加開始が早まるように前記バイアス電圧生成部を制御する、エンジンの燃焼制御装置。

【請求項10】

請求項１～５のいずれか１項に記載のエンジンの燃焼制御装置において、
前記イオン電流検出部が検出したイオン電流に基づいてプリイグニッションの発生を判定する異常燃焼判定部と、
前記プリイグニッションの発生が判定された場合に前記インジェクタに追加の燃料を噴射させる噴射制御部と、をさらに備えた、エンジンの燃焼制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、気筒と、当該気筒内の混合気に点火する点火プラグと、を備えたエンジンに適用される燃焼制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

下記特許文献１に示されるエンジンの燃焼制御装置が知られている。この特許文献１の燃焼制御装置は、一次コイルおよび二次コイルを含む点火コイルと、一次コイルへの通電を制御するスイッチング素子と、二次コイルの誘起電圧を受けて放電する点火プラグと、点火プラグのプラグ電極間に流れるイオン電流を検出するイオン信号検出回路と、スイッチング素子およびイオン信号検出回路に電気的に接続されたＥＣＵと、を備える。ＥＣＵは、点火時期が到来して一次コイルへの通電期間が終了すると、一次コイルへの通電開始からのイオン電流の累積値を算出し、算出した累積値に基づいてプリイグニッション（過早着火）が起きたか否かを判定する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第５８８８７７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記特許文献１において、プリイグニッションの発生が判定された場合には、プリイグニッションを抑制するための適宜の制御が実行されることになっている。しかしながら、上記特許文献１では、一次コイルへの通電開始から通電終了（換言すれば点火時期）までの期間に検出されたイオン電流の累積値に基づいてプリイグニッションが判定されるので、プリイグニッションが判定された時点では既に点火も終了しており、燃焼がかなり進行していると考えられる。このため、少なくとも次のサイクルにならないと実質的なプリイグニッションの抑制制御を実行できないという問題があった。また、このような問題の表面化を避けるべく、プリイグニッションのような異常燃焼ができるだけ起きないようにエンジンを安全サイドに設計することも考えられるが、このようにするとエンジンの熱効率が低下するという問題がある。

【0005】

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、熱効率の向上を図りつつ異常燃焼の発生を未然に抑制することが可能なエンジンの燃焼制御装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するためのものとして、本発明は、気筒と、当該気筒内に燃料を噴射するインジェクタと、当該インジェクタから噴射された燃料を含む混合気に点火する点火プラグと、を備えたエンジンに適用される燃焼制御装置であって、一次コイルおよび二次コイルを含む点火コイルと、前記一次コイルへの通電および通電停止を通じて前記二次コイルに高電圧を誘起し、誘起した当該高電圧により前記点火プラグのプラグ電極間で放電を生じさせるイグナイタと、前記気筒内のイオンに起因して前記プラグ電極間に生じるイオン電流を検出するためのバイアス電圧を前記プラグ電極間に印加するバイアス電圧生成部と、前記イオン電流を検出するイオン電流検出部と、前記混合気の圧縮に伴い前記気筒内で生じる低温酸化反応の開始に合わせて前記プラグ電極間に前記バイアス電圧が印加されるように前記バイアス電圧生成部を制御するとともに、前記低温酸化反応の開始よりも遅い時期に設定された点火時期に前記プラグ電極間で放電が生じるように前記イグナイタを制御する点火制御部と、前記バイアス電圧を印加開始した時期から前記点火時期よりも早い所定時期までの期間である検出期間中に前記イオン電流検出部が検出したイオン電流に基づいて、前記インジェクタから噴射された燃料の性状を推定する演算部と、を備え、前記点火制御部は、前記燃料の性状が推定されたサイクルと同一サイクルにおける前記点火時期を前記燃料の性状に応じて補正し、補正後の点火時期で前記放電が行われるように前記イグナイタを制御するものである（請求項１）。

【0007】

本発明によれば、点火時期よりも前に検出されたイオン電流に基づいて燃料の性状（以下、燃料性状ともいう）が推定されるとともに、推定された当該燃料性状に基づいて点火時期が補正されるので、燃料性状の相違を考慮した適切な時期に点火時期を調整することができる。すなわち、燃料性状の相違はノッキングの起き易さに影響するから、このような燃料性状に応じて点火時期が補正される本発明によれば、ノッキングが起きない範囲でできるだけ熱効率のよい点火時期で混合気に点火することができる。しかも、イソオクタン割合は点火時期よりも前に推定されるので、当該推定が行われたサイクルと同一サイクルにおける点火時期を、ノッキングを考慮した適切な時期に予め調整することができる。これにより、熱効率の向上を図りつつノッキングの発生を未然に抑制することができる。

【0008】

好ましくは、前記演算部は、前記燃料の性状として、前記燃料に含まれるイソオクタンの割合を推定し、前記点火制御部は、前記イソオクタンの割合が小さいほど前記点火時期を遅角側に補正する（請求項２）。

【0009】

燃料に含まれるイソオクタンの割合（以下、イソオクタン割合ともいう）は、ノッキングの起き易さを左右する代表的な燃料性状の１つである。すなわち、イソオクタン割合が大きいほどノッキングが起き難く、イソオクタン割合が小さいほどノッキングが起き易いという性質がある。したがって、イソオクタン割合が小さいほど点火時期を遅角側に補正する本態様によれば、燃料性状に起因したノッキングを効果的に抑制することができる。逆に、イソオクタン割合が大きいときは点火時期が進角側に設定されるので、ノッキングを抑制しつつ熱効率の向上を図ることができる。

【0010】

好ましくは、前記演算部は、前記検出期間中に検出された前記イオン電流に基づいて、前記燃料の性状に相関するイオン電流特徴量を算出し、算出した当該イオン電流特徴量から前記イソオクタンの割合を推定する（請求項３）。

【0011】

この態様では、検出期間中のイオン電流に基づいてイソオクタン割合に相関するイオン電流特徴量が算出されるので、当該イオン電流特徴量からイソオクタン割合を適切に推定することができる。

【0012】

好ましくは、前記イオン電流特徴量は、前記検出期間中における前記プラグ電極間の電荷量の最大値である最大電荷量であり、前記演算部は、前記最大電荷量が小さいほど前記イソオクタンの割合を大きいと推定する（請求項４）。

【0013】

この態様では、最大電荷量が小さいときはイソオクタン割合が大きいという知見を利用して、最大電荷量からイソオクタン割合を適切に推定することができる。

【0014】

前記イオン電流特徴量は、前記検出期間中における前記イオン電流の最大値である最大イオン電流であってもよい。この場合、前記演算部は、前記最大イオン電流が小さいほど前記イソオクタンの割合を大きいと推定することが好ましい（請求項５）。

【0015】

この態様によっても同様に、イソオクタン割合を適切に推定することができる。

【0016】

好ましくは、前記点火制御部は、前記低温酸化反応の開始時から前記バイアス電圧が漸増しその後漸減するように、前記バイアス電圧生成部を制御する（請求項６）。

【0017】

このように、バイアス電圧を山型に変化させた場合には、プラグ電極間の電荷量を同様の山型の傾向で変化させることができる。このことは、電荷量の最大値である上述した最大電荷量、またはイオン電流の最大値である上述した最大イオン電流の算出を容易にする。また、低温酸化反応の開始に伴って増加するイオン電流が、バイアス電圧の漸増によってさらに増幅されるので、イソオクタン割合の相違によって変化する最大電荷量または最大イオン電流の感度を向上させることができる。これにより、イソオクタン割合の推定精度を高めることができる。

【0018】

好ましくは、前記バイアス電圧生成部は、前記二次コイルに接続されたキャパシタ装置である（請求項７）。

【0019】

この態様では、キャパシタ装置の帯電量を調整することでバイアス電圧を適切に制御することができる。

【0020】

好ましくは、前記点火制御部は、エンジン回転数が高いほど前記バイアス電圧の印加開始が早まるように前記バイアス電圧生成部を制御する（請求項８）。

【0021】

あるいは、前記点火制御部は、エンジン負荷が高いほど前記バイアス電圧の印加開始が早まるように前記バイアス電圧生成部を制御する（請求項９）。

【0022】

これらの態様では、エンジン負荷またはエンジン回転数が高いほど早まる低温酸化反応の開始に合わせてバイアス電圧を印加することができ、低温酸化反応の開始に伴って増加するイオン電流を適切に検出することができる。

【0023】

好ましくは、前記燃焼制御装置は、前記イオン電流検出部が検出したイオン電流に基づいてプリイグニッションの発生を判定する異常燃焼判定部と、前記プリイグニッションの発生が判定された場合に前記インジェクタに追加の燃料を噴射させる噴射制御部と、をさらに備える（請求項１０）。

【0024】

この態様では、追加噴射された燃料の気化潜熱が気筒の内部温度を低下させるので、混合気の燃焼の進行を抑えることができ、プリイグニッションがもたらす影響を軽減することができる。

【発明の効果】

【0025】

以上説明したように、本発明のエンジンの燃焼制御装置によれば、熱効率の向上を図りつつ異常燃焼の発生を未然に抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本発明の一実施形態に係る燃焼制御装置が適用されたエンジンの全体構成を示すシステム図である。

【図2】点火プラグの先端部を拡大して示す図である。

【図3】点火回路の構成を示す回路図である。

【図4】放電電流の流れを示す図３相当図である。

【図5】イオン電流の流れを示す図３相当図である。

【図6】プラグ電極間に印加されるバイアス電圧の波形をチャージ信号と併せて示すグラフである。

【図7】燃料のイソオクタン割合が異なる条件でのプラグ電極間の電荷量の変化を示すグラフである。

【図8】イソオクタン割合と最大電荷量との関係を示すグラフである。

【図9】エンジンの運転中に実行される燃焼制御の前半部の内容を示すフローチャートである。

【図10】上記燃焼制御の後半部の内容を示すフローチャートである。

【図11A】エンジン負荷と低温酸化反応の開始時期との関係を示すグラフである。

【図11B】エンジン回転数と低温酸化反応の開始時期との関係を示すグラフである。

【図12】イソオクタン割合と補正後の点火時期との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0027】

（１）エンジンの全体構成
図１は、本発明の一実施形態に係る燃焼制御装置が適用されたエンジンの全体構成を示すシステム図である。本図に示すエンジンは、走行用の動力源として車両に搭載される４サイクルの火花点火式エンジンである。エンジンは、エンジン本体１と、エンジン本体１に接続された吸気通路２０および排気通路３０と、エンジンの各部を制御するＥＣＵ４０と、を備える。なお、本実施形態では、図１を基準にして上、下の各方向を定義するが、これは説明の便宜のためであって、エンジンの据付け姿勢を限定する趣旨ではない。

【0028】

エンジン本体１は、内部に気筒２を画成するシリンダブロック３およびシリンダヘッド４と、気筒２に往復動可能に収容されたピストン５とを備える。ピストン５の上側には燃焼室Ｃが形成されている。なお、図１には１つの気筒２のみを図示するが、エンジン本体１は複数の気筒２を有する多気筒型のものとすることができる。

【0029】

シリンダヘッド４には、点火回路１０、点火プラグ１１、およびインジェクタ１５が取り付けられている。インジェクタ１５は、図外の燃料タンクから燃料供給管１５ａを通じて供給される燃料（例えばガソリン燃料）を燃焼室Ｃに向けて噴射する噴射弁である。点火プラグ１１は、インジェクタ１５から燃焼室Ｃに噴射された燃料が空気と混合することで生成される混合気に点火するプラグである。点火回路１０は、点火プラグ１１に点火用の火花を発生させるための高電圧を印加する回路である。点火プラグ１１による点火をきっかけに燃焼室Ｃ内の混合気が燃焼すると、当該燃焼による膨張力を受けてピストン５が往復動する。

【0030】

図２は、点火プラグ１１の先端部を拡大して示す図である。本図に示すように、点火プラグ１１は、プラグ本体１２と、中心電極１３と、接地電極１４と、を含む。プラグ本体１２は、気筒２の中心軸であるシリンダ軸Ｘ１に沿って延びる筒状を呈するとともに、先端部が燃焼室Ｃに露出する状態でシリンダヘッド４に取り付けられている。中心電極１３は、プラグ本体１２の先端部中心から下方に突出するように形成されている。接地電極１４は、プラグ本体１２の先端部周縁からＬ字状に屈曲しつつ下方に延びるように形成されている。接地電極１４の先端は、中心電極１３と所定のギャップＧを空けて対向している。

【0031】

中心電極１３は、点火回路１０の後述する二次コイル１０３に接続されている。接地電極１４は、プラグ本体１２およびシリンダヘッド４を介してグランドに接続されている。点火の際には、点火回路１０から中心電極１３に高電圧が印加されることにより、中心電極１３と接地電極１４との間で放電が行われる。そして、この放電に伴い発生する火花によって混合気が点火される。なお、以下では、中心電極１３および接地電極１４を総称して、プラグ電極１３，１４ということがある。

【0032】

図１に示すように、ピストン５の下方には、エンジンの出力軸であるクランク軸９が配設されている。クランク軸９は、シリンダブロック３に回転可能に支持されている。上述したピストン５の往復動は、コネクティングロッド７等を含むクランク機構を介してクランク軸９に伝達され、当該クランク軸９を回転させる。

【0033】

シリンダブロック３には、クランク角センサＳＮ１が取り付けられている。クランク角センサＳＮ１は、クランク軸９の回転角度であるクランク角とクランク軸９の回転数であるエンジン回転数とを検出するセンサである。

【0034】

シリンダヘッド４には、吸気ポート１６および排気ポート１７が形成されている。吸気ポート１６は、燃焼室Ｃと吸気通路２０とを連通するポートである。排気ポート１７は、燃焼室Ｃと排気通路３０とを連通するポートである。シリンダヘッド４には、クランク軸９の回転に連動して吸気ポート１６および排気ポート１７をそれぞれ開閉する吸気弁１８および排気弁１９が取り付けられている。

【0035】

吸気通路２０は、吸気ポート１６に連通するようにシリンダヘッド４の一側面に接続されている。吸気通路２０には、吸気の流量を調整する開閉可能なスロットル弁２１が設けられている。吸気通路２０におけるスロットル弁２１よりも上流側の位置には、吸気の流量を検出するエアフローセンサＳＮ２が設けられている。

【0036】

排気通路３０は、排気ポート１７に連通するようにシリンダヘッド４の他側面に接続されている。排気通路３０には、排気ガス中の有害成分を浄化する図外の触媒等が設けられている。

【0037】

ＥＣＵ４０は、各種演算を行うプロセッサ（ＣＰＵ）と、ＲＯＭおよびＲＡＭ等のメモリーと、各種の入出力バスと、を含むマイクロコンピュータを要部とする制御器である。ＥＣＵ４０は、エンジンに設けられたセンサ類からの入力情報を受け付ける。例えば、ＥＣＵ４０は、上述したクランク角センサＳＮ１およびエアフローセンサＳＮ２と電気的に接続されている。これら各センサＳＮ１，ＳＮ２による検出情報、つまりクランク角、エンジン回転数、および吸気流量といった情報は、ＥＣＵ４０に逐次入力される。

【0038】

ＥＣＵ４０はまた、車両に設けられたセンサ類からの入力情報を受け付ける。例えば、ＥＣＵ４０は、車両に設けられた車速センサＳＮ３およびアクセルセンサＳＮ４と電気的に接続されている。車速センサＳＮ３は、車両の走行速度つまり車速を検出するセンサであり、アクセルセンサＳＮ４は、車両を運転するドライバーにより操作されるアクセルペダル５０の開度つまりアクセル開度を検出するセンサである。これら各センサＳＮ３，ＳＮ４による検出情報（車速およびアクセル開度）は、ＥＣＵ４０に逐次入力される。

【0039】

ＥＣＵ４０は、上記各センサ（ＳＮ１～ＳＮ４等）からの入力情報に基づいて種々の演算や判定を実行しつつエンジンの各部を制御する。例えば、ＥＣＵ４０は、点火回路１０およびインジェクタ１５と電気的に接続されており、これら各要素に対し制御用の信号を適宜出力する。

【0040】

上記制御に関する機能的要素として、ＥＣＵ４０は、点火制御部４１と、噴射制御部４２と、演算部４３と、イオン電流検出部４４と、記憶部４５と、を有する。点火制御部４１は、点火回路１０への通電制御を通じて点火プラグ１１の点火動作を制御するモジュールである。噴射制御部４２は、インジェクタ１５の噴射動作を制御するモジュールである。演算部４３は、点火制御部４１および噴射制御部４２による制御の内容を決定するのに必要な種々の演算や判定を行う制御モジュールである。イオン電流検出部４４は、点火プラグ１１のプラグ電極１３，１４間に生じるイオン電流を点火回路１０からの信号に基づき検出するモジュールである。記憶部４５は、制御または演算に必要な各種データを記憶するモジュールである。

【0041】

（２）点火回路の構成
図３は、点火回路１０の構成を示す回路図である。本図に示すように、点火回路１０は、点火プラグ１１に放電用の高電圧を印加する点火コイル１０１と、点火コイル１０１への通電および通電停止等の動作を実現するコイルドライバ１０５と、を備える。

【0042】

点火コイル１０１は、図外のバッテリに接続された一次コイル１０２と、点火プラグ１１の中心電極１３に接続された二次コイル１０３と、を含む。一次コイル１０２および二次コイル１０３は、共通のコア（鉄心）に巻き付けられている。

【0043】

コイルドライバ１０５は、イグナイタ１０６と、キャパシタ装置１０７と、電流増幅回路１１０と、ツェナーダイオード１１１と、を含む。イグナイタ１０６は、一次コイル１０２とグランド（Ｇｎｄ）との間に介設されたトランジスタであり、コレクタが一次コイル１０２に、エミッタがグランドに、それぞれ接続されている。キャパシタ装置１０７は、二次コイル１０３とグランドとの間に介設されている。ツェナーダイオード１１１は、キャパシタ装置１０７に並列に接続されている。電流増幅回路１１０は、ＥＣＵ４０のイオン電流検出部４４につながる端子１２１と、キャパシタ装置１０７の負極側の端子１２５と、の間に介設されている。

【0044】

二次コイル１０３とコイルドライバ１０５との間には、並列に配置された抵抗１１５およびダイオード１１６が設けられている。すなわち、二次コイル１０３は、抵抗１１５またはダイオード１１６を介して、コイルドライバ１０５の端子１２２に接続されている。

【0045】

イグナイタ１０６は、一次コイル１０２への通電および通電停止を通じて二次コイル１０３に高電圧を誘起し、誘起した当該高電圧により点火プラグ１１のプラグ電極１３，１４間で放電を生じさせる。

【0046】

具体的に、イグナイタ１０６は、点火時期が到来する前にＯＮ状態に切り替えられる。これにより、コレクタとエミッタとの間の電流の流れが許容されて、一次コイル１０２が通電される。すなわち、バッテリから一次コイル１０２およびイグナイタ１０６を通じてグランドに流れる電流が生じる。その後、点火時期が到来すると、イグナイタ１０６は、ＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替えられる。これにより、コレクタとエミッタとの間の電流の流れが禁止されて、一次コイル１０２の通電が停止される。すると、当該通電停止に伴う電磁誘導により、一次コイル１０２と二次コイル１０３の巻き線比に応じた高電圧が二次コイル１０３に誘起される。

【0047】

上記のようにして二次コイル１０３に高電圧が誘起されると、点火プラグ１１のプラグ電極１３，１４間に、高電圧に起因した放電が起きて、火花が発生する。この火花により、燃焼室Ｃ内の混合気が点火される。図４は、この放電時の電流（放電電流）の流れを示す図である。本図に示すように、放電電流は、点火プラグ１１の中心電極１３から、二次コイル１０３、ダイオード１１６、ツェナーダイオード１１１等を介して、グランドへと流れる。

【0048】

キャパシタ装置１０７は、イオン電流を検出するためのバイアス電圧を点火プラグ１１に印加する。すなわち、気筒２の内部つまり燃焼室Ｃには、混合気の反応に伴ってイオンが生成される。このようなイオンの生成中に、点火プラグ１１にバイアス電圧が印加されていると、当該バイアス電圧によるプラグ電極１３，１４間の電位差に応じて、図５に示すようなイオン電流が生じる。イオン電流は、電流増幅回路１１０、キャパシタ装置１０７、抵抗１１５、および二次コイル１０３等を介して、点火プラグ１１の中心電極１３に向かって流れる。キャパシタ装置１０７は、このようなイオン電流の生成につながるバイアス電圧を点火プラグ１１に印加する電圧供給源（バイアス電圧生成部）として機能する。

【0049】

キャパシタ装置１０７は、並列に配置されたキャパシタ１０８および電圧制御回路１０９を含む。キャパシタ１０８は、帯電可能な正負一対の極板を有する。電圧制御回路１０９は、上述したバイアス電圧の生成のためにキャパシタ１０８に電荷を供給する。すなわち、電圧制御回路１０９から電荷が供給されてキャパシタ１０８が帯電すると、キャパシタ１０８の極板間に電位差が生じるとともに、この電位差が点火プラグ１１のプラグ電極１３，１４間にも電位差を生じさせ、これがバイアス電圧として機能する。キャパシタ１０８の帯電量、換言すればバイアス電圧の大きさは、電圧制御回路１０９からの電荷の供給量に応じて増減される。言い換えると、電圧制御回路１０９は、キャパシタ１０８への電荷供給量を通じてバイアス電圧を制御することが可能である。

【0050】

電流増幅回路１１０は、イオン電流を増幅する回路である。この電流増幅回路１１０によって増幅された電流が、イオン電流検出部４４によって検出される。

【0051】

コイルドライバ１０５は、ＥＣＵ４０の点火制御部４１からの制御信号を受け付ける端子１２３を有している。上述したイグナイタ１０６およびキャパシタ装置１０７（電圧制御回路１０９）は、当該端子１２３を通じて入力される制御信号を受けて動作する。すなわち、点火制御部４１は、イグナイタ１０６のＯＮ／ＯＦＦ制御を通じて一次コイル１０２への通電および通電停止を制御するとともに、キャパシタ装置１０７（キャパシタ１０８）の帯電量の調整を通じて点火プラグ１１のバイアス電圧を制御する。

【0052】

（３）イオン電流に基づく点火時期の決定
ここで、本実施形態のような火花点火式エンジンでは、できる限り熱効率のよいタイミングで混合気に点火したいというニーズがある。しかしながら、気筒２（燃焼室Ｃ）に噴射される燃料の性状によっては、熱効率がベストになるタイミングよりも点火時期を遅角させないと、混合気の燃焼途中にエンドガス（未燃ガス）が自着火する異常燃焼であるノッキングが起きるおそれがある。例えば、火花点火式エンジンに使用されるガソリン燃料は、ノッキングを起こしにくい（アンチノック性の高い）成分であるイソオクタンを主に含むものの、イソオクタンの割合が変動した場合には、通常の点火時期で混合気に点火するとノッキングが起きる可能性がある。これに関し、市場に出回っている車載用エンジンでは、多くの場合、アンチノック性を表す指標であるオクタン価の下限値が決められている。しかしながら、オクタン価は必ずしも実際のイソオクタンの割合（体積割合）と一致するわけでない。このため、実際のイソオクタンの割合によってはノッキングが起きる可能性がある。

【0053】

また、近年では、カーボンニュートラルの観点から、例えば、バイオマスから製造されるバイオエタノール等のバイオ燃料や、ＣＯ_２と再生可能エネルギー由来のＨ_２とを合成して製造されるｅ－ガソリン等の合成燃料が注目されている。これらバイオ燃料や合成燃料は、特に普及期において、既存のガソリンや添加物などと混合して使用することが想定される。このような多様な燃料の使用を想定した場合、使用する燃料によってイソオクタンの割合が大きくばらつく可能性がある。

【0054】

このように、火花点火式エンジンでは、現在においても将来においても、使用される燃料中のイソオクタンの割合がばらつくことが想定される。特に、バイオ燃料や合成燃料の使用を念頭に入れた場合には、イソオクタンの割合は大きくばらつく可能性がある。このような性状の異なる燃料の使用を許容しつつ熱効率を向上させるには、燃料性状によって点火時期を調整してノッキングを抑制しながらも、できるだけ熱効率のよいタイミングで混合気に点火することが望まれる。

【0055】

そこで、本願発明者等は、燃料に含有されるイソオクタンの割合（以下、イソオクタン割合もという）と、上述したイオン電流との相関性に着目し、当該イオン電流に基づきイソオクタン割合を推定した上で点火時期を決定するという着想に至った。すなわち、点火プラグ１１による点火を行う前にイオン電流を検出して、検出した当該イオン電流からイソオクタン割合ひいてはノッキングの起き易さを表現する所定の特徴量（後述する最大電荷量ｑｍａｘ）を算出し、さらに算出した当該特徴量に基づいて現サイクルにおける点火時期を決定する、というアイデアである。以下、詳しく説明する。

【0056】

（イオン電流とイソオクタン割合との相関性）
イオン電流は、気化・霧化した燃料を含む混合気の電離から生じるイオンに由来するから、燃料性状の相違はイオン電流の相違として現われると予想される。そこで、当該予想に基づく検証実験として、イオン電流と燃料中のイソオクタン割合との相関性を確認するための放電シミュレーションを行った。すなわち、イソオクタン割合が異なる種々の条件で、プラグ電極１３，１４間の荷電粒子（イオンまたは電子）の挙動等をモデル化したモデルを用いて、プラグ電極１３，１４間で仮想的な放電を行わせ、当該放電までの期間に生じるイオン電流について調べた。ここでは、イオン電流に関連する値として、プラグ電極１３，１４間の空間電荷である電荷量ｑを同定し、当該電荷量ｑがイソオクタン割合によってどのように変化するかを調べた。なお、電荷量ｑとしては、電子の空間電荷（負）を絶対値で表現したものを用いた。

【0057】

図６は、イオン電流を生じさせるためにプラグ電極１３，１４間に印加されるバイアス電圧のクランク角による変化を示すグラフである。本グラフでは、バイアス電圧の変化を、一次コイル１０２への通電信号であるチャージ信号と併せて示している。また、本グラフの横軸における第１クランク角ＣＡ１および第３クランク角ＣＡ３は、それぞれ、一次コイル１０２への通電（チャージ）を開始および停止したときのクランク角である。すなわち、第１クランク角ＣＡ１から第３クランク角ＣＡ３までの期間は、一次コイル１０２への通電が行われるチャージ期間である。上述したように、一次コイル１０２への通電（チャージ）の停止がプラグ電極１３，１４間の放電をもたらすから、チャージ期間の終了時点である第３クランク角ＣＡ３は、放電が行われる時期つまり点火時期と等価である。

【0058】

図６に示すように、本検証実験では、チャージ期間の開始から終了までの間にバイアス電圧を印加した。すなわち、チャージ期間が始まる第１クランク角ＣＡ１でバイアス電圧の印加を開始し、チャージ期間が終了する第３クランク角ＣＡ３でバイアス電圧の印加を停止した。さらに、本検証実験では、バイアス電圧を山型に変化させた。すなわち、第１クランク角ＣＡ１から、第１クランク角ＣＡ１と第３クランク角ＣＡ３との間の第２クランク角ＣＡ２にかけて、バイアス電圧を漸増させるとともに、第２クランク角ＣＡ２から第３クランク角ＣＡ３にかけて、バイアス電圧を漸減させた。言い換えると、本検証実験では、チャージ期間の中央付近にピークをもつ山型の波形に沿って電圧が変化するようにバイアス電圧を印加した。

【0059】

次に、上記のようにバイアス電圧を印加した場合に生じる電荷量ｑの変化を調べ、図７のような結果を得た。具体的には、燃料中のイソオクタン割合が異なる種々の条件において、図６のように山型に変化するバイアス電圧を点火プラグ１１に印加し、そのときの電荷量ｑの変化を調べた。図７中の各波形間において、イソオクタン割合以外の条件、例えばエンジン負荷やエンジン回転数等の条件は同一である。

【0060】

図７に示すように、電荷量ｑは、バイアス電圧と同様に、チャージ期間の途中でピークをもつ山型の波形に沿って変化する。また、当該ピークの値、つまり電荷量ｑの最大値である最大電荷量ｑｍａｘは、イソオクタン割合によって変化する。すなわち、図７から明らかなように、最大電荷量ｑｍａｘは、イソオクタン割合が大きいほど小さくなる。

【0061】

図８は、図７の結果から得られた、イソオクタン割合と最大電荷量ｑｍａｘとの関係を直接的に示すグラフである。本図からも理解されるように、最大電荷量ｑｍａｘは、イソオクタン割合が大きいほど小さくなり、イソオクタン割合が小さいほど大きくなる。ここで、イソオクタン割合が大きいことは、ノッキングが起き難いことを意味し、イソオクタン割合が小さいことは、ノッキングが起き易いことを意味する。このことは、最大電荷量ｑｍａｘからノッキングを考慮した点火時期を決定できることを示唆している。

【0062】

（４）実際の制御
次に、上述した知見に基づき行われるエンジンの燃焼制御の詳細について説明する。以下に示すように、本実施形態では、エンジンの運転状態から定まる標準点火時期Ｉｇｒを、イオン電流の特徴量である最大電荷量ｑｍａｘから推定されるイソオクタン割合に応じて補正し、補正後の点火時期で混合気に点火する。しかも、このような点火時期決定のための演算が一次コイル１０２への通電中（チャージ期間中）に行われるので、当該演算が行われたサイクルと同一のサイクル内で点火時期を補正することが可能である。以下、詳しく説明する。

【0063】

図９および図１０は、エンジンの運転中にＥＣＵ４０が行う燃焼制御の詳細を示すフローチャートである。この燃焼制御がスタートすると、ＥＣＵ４０の演算部４３は、エンジンに関する各種情報を取得する（ステップＳ１）。具体的に、演算部４３は、クランク角センサＳＮ１、エアフローセンサＳＮ２、車速センサＳＮ３、およびアクセルセンサＳＮ４の各検出値から、クランク角、エンジン回転数、吸気流量、車速、およびアクセル開度といった情報を取得する。また、取得したアクセル開度および車速に基づいて、エンジンの負荷（要求トルク）を特定する。

【0064】

次いで、演算部４３は、燃料の噴射量および噴射時期を決定する（ステップＳ２）。すなわち、演算部４３は、上記ステップＳ１で取得した吸気流量およびエンジン負荷に基づいて、インジェクタ１５から噴射すべき燃料の量である噴射量を決定する。また、演算部４３は、決定した噴射量と上記ステップＳ１で取得したエンジン回転数とに基づいて、インジェクタ１５からの燃料噴射を開始すべき時期である噴射時期を決定する。

【0065】

次いで、演算部４３は、上記ステップＳ１で取得したエンジン負荷およびエンジン回転数を含む運転条件に基づいて、標準点火時期Ｉｇｒを決定する（ステップＳ３）。標準点火時期Ｉｇｒは、ノッキングが起きない範囲でできるだけ熱効率が高くなるような点火時期として、エンジンの運転条件ごとに、事前の実験等に基づいて予め定められている。また、標準点火時期Ｉｇｒは、燃料のイソオクタン割合が所定の基準値であることを前提に定められている。イソオクタン割合の基準値は適宜設定可能であるが、例えば現在市販されているレギュラーガソリンまたはハイオクガソリンを念頭に、９０～１００％のいずれかに設定してもよい。

【0066】

ＥＣＵ４０の記憶部４５には、エンジンの運転条件（負荷および回転数等）の条件から標準点火時期Ｉｇｒが導き出せるように、両者の関係を規定したマップデータが予め記憶されている。演算部４３は、記憶された当該マップデータを参照することにより、エンジンの運転条件から標準点火時期Ｉｇｒを決定する。なお、標準点火時期Ｉｇｒの導出のために記憶部４５に記憶されるデータは、マップデータに限られず、例えば演算式であってもよい。

【0067】

次いで、演算部４３は、混合気の圧縮に伴い生じる低温酸化反応の開始時期を予測する（ステップＳ４）。低温酸化反応とは、火炎を伴いながら高い熱エネルギーを発生させる高温酸化反応（実質的な燃焼反応）よりも前に生じる緩慢な酸化反応のことであり、燃焼室Ｃが高温になる圧縮行程の後半で生じ得る。低温酸化反応の開始時期は、事前の実験等に基づいて、エンジンの運転条件から予測することが可能である。

【0068】

図１１Ａは、エンジン負荷と低温酸化反応の開始時期との関係を示すグラフであり、図１１Ｂは、エンジン回転数と低温酸化反応の開始時期との関係を示すグラフである。各グラフにおいて、横軸のパラメータ（エンジン負荷またはエンジン回転数）以外の条件は同一であるものとする。図１１Ａに示すように、低温酸化反応は、エンジン負荷が高いほど進角側のタイミングで開始される。また、図１１Ｂに示すように、低温酸化反応は、エンジン回転数が高いほど進角側のタイミングで開始される。記憶部４５には、これら図１１Ａ，１１Ｂに対応するマップデータまたは演算式が予め記憶されている。演算部４３は、記憶された当該マップデータまたは演算式を用いて、エンジンの運転条件（負荷および回転数等）から低温酸化反応の開始時期を予測する。

【0069】

次いで、演算部４３は、点火回路１０の一次コイル１０２への通電つまりチャージを開始する時期であるチャージ開始時期を決定する（ステップＳ５）。本実施形態において、チャージ開始時期は、低温酸化反応の開始と略同時になるように設定される。演算部４３は、このようなタイミングでチャージが開始されるように、上記ステップＳ４で予測した低温酸化反応の開始時期に基づいてチャージ開始時期を決定する。

【0070】

次いで、ＥＣＵ４０の噴射制御部４２は、上記ステップＳ２で決定した噴射時期が到来したタイミングで、インジェクタ１５に燃料を噴射させる（ステップＳ６）。燃料噴射は、上記ステップＳ２で決定した噴射量の分の燃料が噴射完了するまで継続される。

【0071】

次いで、ＥＣＵ４０の点火制御部４１は、上記ステップＳ５で決定したチャージ開始時期が到来したタイミングで、一次コイル１０２への通電つまりチャージを開始するとともに、点火プラグ１１へのバイアス電圧の印加を開始する（ステップＳ７）。すなわち、点火制御部４１は、低温酸化反応と略同時のチャージ開始時期が到来したタイミングで、一次コイル１０２への通電が開始されるようにイグナイタ１０６を制御するとともに、これと当時に点火プラグ１１のプラグ電極１３，１４間にバイアス電圧が印加されるようにキャパシタ装置１０７（電圧制御回路１０９）を制御する。このように、本実施形態では、一次コイル１０２への通電およびバイアス電圧の印加が、低温酸化反応の開始に合わせた同一のタイミングで開始される。低温酸化反応の開始に合わせてバイアス電圧を印加するのは、低温酸化反応の開始に伴って増加する気筒２内のイオンの増加傾向を捉えるためである。

【0072】

ここで、低温酸化反応の開始時期は、図１１Ａ，１１Ｂに示したとおり、エンジン負荷またはエンジン回転数が高いほど進角側になる。このことから、上記ステップＳ７でバイアス電圧の印加が開始される時期は、エンジン負荷またはエンジン回転数が高いほど進角側に設定される。

【0073】

また、上記ステップＳ７では、上述した検証実験のときと同様、電圧が山型に変化するようにバイアス電圧が印加される（図６参照）。すなわち、本実施形態において、点火制御部４１は、チャージの開始から終了にかけて電圧が漸増した後漸減するように、バイアス電圧を印加する。より詳しくは、点火制御部４１は、上記ステップＳ５で決定したチャージ開始時期に相当する第１クランク角ＣＡ１でバイアス電圧の印加を開始し、そこからバイアス電圧を漸増させる。さらに、点火制御部４１は、チャージ期間の中央付近にあたる第２クランク角ＣＡ２で電圧がピークを迎え、かつチャージ期間が終了する第３クランク角ＣＡ３に向けて電圧が漸減するように、バイアス電圧を調整する。なお、第３クランク角ＣＡ３に相当するチャージ終了時期、換言すれば点火時期は、後述する各ステップの処理により、上記ステップＳ３で決定した標準点火時期Ｉｇｒから変更（補正）される可能性があるが、ここでは標準点火時期Ｉｇｒがチャージ終了時期であるとの仮定の上でバイアス電圧を調整する。

【0074】

次いで、演算部４３は、バイアス電圧のピーク時期（第２クランク角ＣＡ２）からやや遅れた検出終了時期ＣＡｘが到来したか否かを判定する（ステップＳ８）。検出終了時期ＣＡｘは、次のステップＳ９で行われる最大電荷量ｑｍａｘの算出に必要なイオン電流のデータが揃うと見込まれる時期であって、バイアス電圧がピークを迎える第２クランク角ＣＡ２よりも所定の小クランク角だけ遅角した時期に設定される。言い換えると、バイアス電圧が印加開始される第１クランク角ＣＡ１から検出終了時期ＣＡｘまでの期間は、最大電荷量ｑｍａｘの算出のために必要なイオン電流の検出期間である。

【0075】

上記ステップＳ８でＮＯと判定されて検出終了時期ＣＡｘが未だ到来していないことが確認された場合、演算部４３は、ＥＣＵ４０のイオン電流検出部４４が検出したイオン電流に基づいて、混合気の着火が検出されたか否かを判定する（ステップＳ１２）。この段階で混合気が着火したということは、点火プラグ１１による点火の前に混合気が自着火する異常燃焼つまりプリイグニッションが起きたことを意味する。プリイグニッションの発生、つまりチャージ期間中の混合気の自着火は、イオン電流が異常な上昇率で上昇する現象として現われる。当該ステップＳ１２において、演算部４３は、このようなイオン電流の異常な上昇が確認された場合に、プリイグニッションが発生したと判定する。なお、プリイグニッションの発生を判定する演算部４３は、本発明における「異常燃焼判定部」に相当する。

【0076】

上記ステップＳ１２でＹＥＳと判定されてプリイグニッションの発生が確認された場合、噴射制御部４２は、インジェクタ１５に追加の燃料を噴射させる（ステップＳ１３）。すなわち、上記ステップＳ６で一旦規定量の燃料を噴射し終わったインジェクタ１５に対し、さらにいくらかの量の追加燃料を噴射させる。噴射された追加燃料は、気化潜熱による温度低下をもたらし、燃焼の進行を抑える役割を果たす。

【0077】

一方、上記ステップＳ１２でＮＯと判定されてプリイグニッションが発生していないことが確認された場合、演算部４３は、上記ステップＳ８に戻って検出終了時期ＣＡｘの到来を待つ。

【0078】

上記ステップＳ８でＹＥＳと判定されて検出終了時期ＣＡｘの到来が確認された場合、演算部４３は、これまでにイオン電流検出部４４が検出したイオン電流に基づいて、プラグ電極１３，１４間の電荷量ｑの最大値である最大電荷量ｑｍａｘを算出する（ステップＳ９）。具体的に、演算部４３は、バイアス電圧の印加開始時期である第１クランク角ＣＡ１から検出終了時期ＣＡｘまでの検出期間（図６）中にイオン電流検出部４４が検出したイオン電流のデータと、同期間中のバイアス電圧のデータとに基づいて、所定の演算式を用いて最大電荷量ｑｍａｘを算出する。このようにして算出される最大電荷量ｑｍａｘは、上記検出期間中のイオン電流を特徴付ける値つまりイオン電流特徴量の１つということができる。

【0079】

ここで、検出終了時期ＣＡｘは、既述のとおり、バイアス電圧がピークを迎える第２クランク角ＣＡ２（図６）よりもいくらか遅れた時期である。一方、図６および図７から理解されるように、プラグ電極１３，１４間の電荷量ｑ（空間電荷）は、バイアス電圧の傾向と概ね同様の山型の波形に沿って変化する。したがって、検出終了時期ＣＡｘを迎えた直後である上記ステップＳ９のタイミングでは、プラグ電極１３，１４間の電荷量ｑが最大になる時期を既に過ぎているはずである。すなわち、本実施形態において、検出終了時期ＣＡｘは、電荷量ｑが最大になると予測される時期よりもやや遅れたタイミングに設定されている。このため、バイアス電圧の印加途中である上記ステップＳ９のタイミングであっても、電荷量ｑの最大値である最大電荷量ｑｍａｘを算出することができる。

【0080】

次いで、演算部４３は、上記ステップＳ９で算出した最大電荷量ｑｍａｘに基づいて、燃料のイソオクタン割合を推定する（ステップＳ１０）。イソオクタン割合は、既述のとおり、気筒２に噴射された燃料に含まれるイソオクタンの割合のことであり、最大電荷量ｑｍａｘとの関係で図８のような傾向で定められる。すなわち、イソオクタン割合は、最大電荷量ｑｍａｘが大きいほど小さくなる。記憶部４５には、エンジン負荷およびエンジン回転数を含む運転条件ごとに、この図８に対応するマップデータまたは演算式が予め記憶されている。演算部４３は、現在の運転条件に適合する当該マップデータまたは演算式を用いて、最大電荷量ｑｍａｘからイソオクタン割合を推定する。

【0081】

次いで、演算部４３は、上記ステップＳ１０で推定したイソオクタン割合から、標準点火時期Ｉｇｒの補正量ΔＩｇを決定する（ステップＳ１５）。補正量ΔＩｇは、標準点火時期Ｉｇｒを定めるための仮定のイソオクタン割合である基準値と、上記ステップＳ１０で得られたイソオクタン割合の推定値とのずれ量に応じて設定される。具体的に、補正量ΔＩｇは、これら基準値と推定値とのずれ量が大きいほど大きくなるように設定される。

【0082】

また、補正量ΔＩｇによる補正の方向は、イソオクタン割合の基準値と推定値との大小関係によって変化する。例えば、イソオクタン割合の推定値が基準値よりも小さかった場合は、想定よりもノッキングが起き易い燃料が使用されていることになる。したがって、この場合の補正量ΔＩｇは、標準点火時期Ｉｇｒを遅角側に補正するための遅角補正量となる。一方、イソオクタン割合の推定値が基準値よりも大きかった場合は、想定よりもノッキングが起き難い燃料が使用されていることになる。したがって、この場合の補正量ΔＩｇは、標準点火時期Ｉｇｒを進角側に補正するための進角補正量となる。なお、イソオクタン割合の基準値が１００％に近い値であった場合、補正量ΔＩｇは基本的に全て遅角補正量になる。

【0083】

次いで、点火制御部４１は、上記ステップＳ１５で決定したΔＩｇだけ標準点火時期Ｉｇｒを補正した時期を、点火プラグ１１による点火時期として決定する（ステップＳ１６）。このようにして決定される点火時期は、上述した補正量ΔＩｇの設定方法より、図１２に示すような傾向で定められることになる。図１２に示すように、当該ステップＳ１６で決定される点火時期、つまり標準点火時期ＩｇｒをΔＩｇだけ補正した補正後の点火時期は、イソオクタン割合が小さいほど遅角側に設定され、イソオクタン割合が大きいほど進角側に設定される。

【0084】

次いで、点火制御部４１は、上記ステップＳ１６で決定した点火時期、つまり標準点火時期ＩｇｒをΔＩｇだけ補正した時期が到来したタイミングで、点火プラグ１１に点火を行わせる（ステップＳ１７）。すなわち、点火制御部４１は、当該点火時期の到来に伴って一次コイル１０２への通電（チャージ）が停止されるように、イグナイタ１０６を制御する。これにより、二次コイル１０３に高電圧が誘起され、誘起された当該高電圧を受けて点火プラグ１１のプラグ電極１３，１４間で放電が行われる。

【0085】

次いで、演算部４３は、上記ステップＳ１７の点火によって生じた燃焼の燃焼重心を推定する（ステップＳ１８）。燃焼重心とは、噴射された燃料の５０％質量が燃焼した時期のことである。このような燃焼重心は、例えば燃焼に伴う熱発生量の算出を経て推定することができる。熱発生量を算出する方法は特に限定されないが、例えば燃焼室Ｃの圧力である筒内圧力を検出する筒内圧センサを備えたエンジンの場合には、当該筒内圧センサの検出値から熱発生量を算出し、算出した当該熱発生量の変化から燃焼重心を推定することができる。

【0086】

次いで、演算部４３は、上記ステップＳ１８で推定した燃焼重心が目標燃焼重心からずれているか否かを判定する（ステップＳ１９）。目標燃焼重心は、エンジン負荷およびエンジン回転数を含む運転条件ごとに予め定められて記憶部４５に記憶されている。演算部４３は、記憶された当該目標燃焼重心と、上記ステップＳ１８で推定した燃焼重心とを比較して、両者にずれがあるか否かを判定する。

【0087】

上記ステップＳ１９でＹＥＳと判定されて燃焼重心のずれが存在することが確認された場合、点火制御部４１は、当該ずれに応じて標準点火時期Ｉｇｒを補正する（ステップＳ２０）。例えば、推定した燃焼重心が目標燃焼重心に対し遅角側にずれていた場合、点火制御部４１は、標準点火時期Ｉｇｒを進角側に補正する。逆に、推定した燃焼重心が目標燃焼重心に対し進角側にずれていた場合、点火制御部４１は、標準点火時期Ｉｇｒを遅角側に補正する。

【0088】

一方、上記ステップＳ１９でＮＯと判定されて燃焼重心のずれが存在しないことが確認された場合、標準点火時期Ｉｇｒは補正されず、フローは上記ステップＳ１に戻される。

【0089】

（５）作用効果
以上説明したとおり、本実施形態では、低温酸化反応の開始に合わせて点火プラグ１１のプラグ電極１３，１４間にバイアス電圧が印加されるとともに、当該バイアス電圧の印加が開始される時期（ＣＡ１）から点火時期（ＣＡ３）よりも前の検出終了時期ＣＡｘまでの検出期間中に検出されたイオン電流に基づいて、燃料に含まれるイソオクタンの割合つまりイソオクタン割合が推定される。そして、当該推定が行われたサイクルと同一サイクルにおける点火時期がイソオクタン割合に応じて補正され、補正された点火時期で点火プラグ１１による点火が行われる。このような構成によれば、熱効率の向上を図りつつノッキングの発生を未然に抑制できるという利点がある。

【0090】

すなわち、本実施形態では、点火時期よりも前に検出されたイオン電流に基づいて燃料のイソオクタン割合が推定されるとともに、推定された当該イソオクタン割合に応じて点火時期が補正されるので、イソオクタン割合の相違を考慮した適切な時期に点火時期を調整することができる。具体的に、イソオクタン割合は、ノッキングの起き易さを左右する代表的な燃料性状の１つである。したがって、当該イソオクタン割合に応じて点火時期が補正される本実施形態によれば、イソオクタン割合が大きいほど点火時期を進角側に設定することができ、ノッキングが起きない範囲でできるだけ熱効率のよい点火時期で混合気に点火することができる。しかも、イソオクタン割合は点火時期よりも前に推定されるので、当該推定が行われたサイクルと同一サイクルにおける点火時期を、ノッキングを考慮した適切な時期に予め調整することができる。これにより、熱効率の向上を図りつつノッキングの発生を未然に抑制することができる。

【0091】

より具体的に、本実施形態では、イソオクタン割合と相関するイオン電流特徴量として、上記検出期間中のプラグ電極１３，１４間の電荷量ｑ（空間電荷）の最大値である最大電荷量ｑｍａｘが算出され、算出された当該最大電荷量ｑｍａｘが小さいほどイソオクタン割合が大きいものと推定される（図８参照）。このような構成によれば、最大電荷量ｑｍａｘとイソオクタン割合との相関性を利用してイソオクタン割合を適切に推定することができる。

【0092】

また、本実施形態では、バイアス電圧の印加中、電圧が漸増した後漸減するように、バイアス電圧が調整される（図６参照）。このように、バイアス電圧を山型に変化させた場合には、プラグ電極１３，１４間の電荷量ｑを同様の山型の傾向で変化させることができる。このことは、電荷量ｑの最大値である上述した最大電荷量ｑｍａｘの算出を容易にする。また、低温酸化反応の開始に伴って増加するイオン電流が、バイアス電圧の漸増によってさらに増幅されるので、イソオクタン割合の相違によって変化する最大電荷量ｑｍａｘの感度を向上させることができる。これにより、イソオクタン割合の推定精度を高めることができる。

【0093】

また、本実施形態では、二次コイル１０３にキャパシタ装置１０７（図３）が接続されるとともに、当該キャパシタ装置１０７の帯電によってプラグ電極１３，１４間にバイアス電圧が印加される。このような構成によれば、キャパシタ装置１０７の帯電量を調整することでバイアス電圧を適切に制御することができる。

【0094】

また、本実施形態では、バイアス電圧の印加開始時期が、エンジン負荷またはエンジン回転数が高いほど早まるように調整される。このような構成によれば、エンジン負荷またはエンジン回転数が高いほど早まる低温酸化反応の開始に合わせてバイアス電圧を印加することができ（図１１Ａ，１１Ｂ参照）、低温酸化反応の開始に伴って増加するイオン電流を適切に検出することができる。

【0095】

また、本実施形態では、検出されたイオン電流に基づいてプリイグニッションの発生が判定されるとともに、プリイグニッションの発生が判定された場合には追加の燃料が噴射される。このような構成によれば、追加噴射された燃料の気化潜熱が気筒２の内部温度を低下させるので、混合気の燃焼の進行を抑えることができ、プリイグニッションがもたらす影響を軽減することができる。

【0096】

（６）変形例
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

【0097】

例えば、上記実施形態では、イソオクタン割合と相関するイオン電流特徴量として、プラグ電極１３，１４間の電荷量ｑ（空間電荷）の最大値である最大電荷量ｑｍａｘを算出したが、イオン電流特徴量は、イオン電流検出部４４が検出するイオン電流から算出可能で、かつイソオクタン割合と相関する値であればよく、最大電荷量ｑｍａｘに限られない。例えば、イオン電流検出部４４が検出するイオン電流の最大値である最大イオン電流を、イオン電流特徴量として算出してもよい。この場合でも、算出した最大イオン電流からイソオクタン割合を推定することができる。すなわち、最大イオン電流が小さいほどイソオクタン割合が大きいと推定することができる。

【0098】

また、上記実施形態では、所定の検出期間中に検出されたイオン電流（もしくはイオン電流特徴量）から、燃料のイソオクタン割合を推定したが、推定の対象はノッキングの起き易さに関連する燃料性状であればよく、イソオクタン割合に限定されない。

【0099】

上記実施形態では、一次コイル１０２への通電（チャージ）とプラグ電極１３，１４間へのバイアス電圧の印加とを同時に開始したが、これらを異なるタイミングで開始してもよい。すなわち、低温酸化反応の開始に合わせてプラグ電極１３，１４間にバイアス電圧を印加するとともに、当該バイアス電圧の印加開始から幾分早いかまたは遅れた時期に一次コイル１０２への通電を開始してもよい。

【符号の説明】

【0100】

２ 気筒
１１ 点火プラグ
１５ インジェクタ
４１ 点火制御部
４２ 噴射制御部
４３ 演算部（異常燃焼判定部）
４４ イオン電流検出部
１０１ 点火コイル
１０２ 一次コイル
１０３ 二次コイル
１０６ イグナイタ
１０７ キャパシタ装置（バイアス電圧生成部）
ｑｍａｘ 最大電荷量

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11A】

【図11B】

【図12】