雷射點火式發動機的控制裝置的製作方法

2023-04-30 14:10:01 5

本發明涉及雷射點火式發動機的控制裝置，尤其涉及使用發射由透鏡聚光的雷射的雷射點火裝置進行點火的雷射點火式發動機的控制裝置。

背景技術：

以往，作為發動機的點火裝置，已知有通過透鏡將由雷射源產生的雷射聚光，並藉由該聚光的雷射將燃燒室內的混合氣點火的雷射點火裝置（例如參照專利文獻1）。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開昭63-253111號公報。

技術實現要素：

發明要解決的問題

在如上所述的雷射點火裝置中，將雷射導入燃燒室的構件（例如透鏡、光學窗、連通路等）上可能會附著有油等而產生汙染。該情況下，汙漬會妨礙雷射通過，因而從雷射點火裝置發射的雷射的能量降低，燃燒室內的混合氣可能難以點火。因此，雷射點火裝置上產生汙染時，最好是對該汙染進行某種處理。例如，進行用於除去雷射點火裝置上產生的汙染的控制（汙染除去控制）是較佳的。作為汙染除去控制，可考慮增加雷射點火裝置的雷射輸出的控制等。在此，像這樣的汙染除去控制由於多餘地消耗能量，因此優選的是僅在雷射點火裝置被汙染的情況下進行。因此，需要準確判定雷射點火裝置是否被汙染。

本發明是為了解決上述現有技術的問題而作出的，目的在於提供能夠準確判定雷射點火裝置是否被汙染，並在恰當的正時執行對汙染的處理的雷射點火式發動機的控制裝置。又，本發明是為了解決上述現有技術的問題而作出的，目的在於提供能夠恰當地抑制雷射點火裝置被汙染時混合氣難以點火的問題的雷射點火式發動機的控制裝置。

解決問題的手段

為了實現上述目的，本發明是使用發射由透鏡聚光的雷射的雷射點火裝置進行點火的雷射點火式發動機的控制裝置，具有：獲得與發動機的燃燒狀態相關的燃燒狀態相關值的燃燒狀態相關值獲得部；和將由燃燒狀態相關值獲得部獲得的燃燒狀態相關值、與基於雷射點火裝置未被汙染的狀態下的發動機的燃燒狀態而規定的燃燒狀態判定值相比較，判定雷射點火裝置是否被汙染的汙染判定部；

在如此構成的本發明中，考慮到在雷射點火裝置汙染時和非汙染時發動機的燃燒狀態的變化，基於與發動機的燃燒狀態相關的燃燒狀態相關值判定雷射點火裝置是否被汙染，因此能夠準確判斷雷射點火裝置的汙染。因此，根據本發明，能夠在恰當的正時執行對雷射點火裝置的汙染的處理，能夠抑制無用的能量消耗。

本發明中，優選地，燃燒狀態相關值獲得部獲得由設置於發動機上的缸內壓傳感器檢測出的缸內壓作為燃燒狀態相關值，汙染判定部使用基於在雷射點火裝置未被汙染的狀態下燃燒時得到的缸內壓而規定的缸內壓判定值作為燃燒狀態判定值，燃燒狀態相關值獲得部在燃燒時獲得的缸內壓為缸內壓判定值以下的情況下，判定為雷射點火裝置被汙染；

在如此構成的本發明中，考慮到雷射點火裝置汙染時與非汙染時相比冷卻損失變大而燃燒時的缸內壓降低，在燃燒時獲得的缸內壓為缸內壓判定值以下的情況下判定為雷射點火裝置被汙染，因此能夠準確判斷雷射點火裝置的汙染。

本發明中，優選地，燃燒狀態相關值獲得部獲得由設置於發動機上的離子電流傳感器檢測出的離子電流作為燃燒狀態相關值，汙染判定部使用基於雷射點火裝置未被汙染的狀態下離子電流達到規定值的正時而規定的正時判定值作為燃燒狀態判定值，燃燒狀態相關值獲得部獲得的離子電流達到規定值的正時遲於正時判定值的情況下，判定為雷射點火裝置被汙染，或者，使用基於雷射點火裝置未被汙染的狀態下在燃燒時得到的離子電流而規定的離子電流判定值作為燃燒狀態判定值，燃燒狀態相關值獲得部在燃燒時獲得的離子電流為離子電流判定值以下的情況下，判定為雷射點火裝置被汙染；

在如此構成的本發明中，考慮到雷射點火裝置汙染時與非汙染時相比著火點向活塞側偏離而檢測出離子電流的正時延遲，在離子電流達到規定值的正時遲於正時判定值的情況下判定為雷射點火裝置被汙染，因此能夠準確判斷雷射點火裝置的汙染。或者，考慮到雷射點火裝置汙染時與非汙染時相比冷卻損失變大而離子電流降低，在獲得的離子電流為離子電流判定值以下的情況下判定為雷射點火裝置被汙染，因此能夠準確判斷雷射點火裝置的汙染。

本發明中，優選地，燃燒狀態相關值獲得部獲得來自設置於發動機上的曲軸角傳感器的曲軸角信號作為燃燒狀態相關值，汙染判定部使用基於雷射點火裝置未被汙染的狀態下燃燒時得到的曲軸角信號的脈衝寬度而規定的脈衝寬度判定值作為燃燒狀態判定值，燃燒狀態相關值獲得部在燃燒時獲得的曲軸角信號的脈衝寬度為脈衝寬度判定值以上的情況下，判定為雷射點火裝置被汙染；

在如此構成的本發明中，考慮到雷射點火裝置汙染時與非汙染時相比冷卻損失變大而燃燒時的曲軸角信號的脈衝寬度變大，在燃燒時獲得的曲軸角信號的脈衝寬度為脈衝寬度判定值以上的情況下判定為雷射點火裝置被汙染，因此能夠準確判斷雷射點火裝置的汙染。

又，為了實現上述目的，本發明是使用發射由透鏡聚光的雷射的雷射點火裝置進行點火的雷射點火式發動機的控制裝置，具有：判定雷射點火裝置是否被汙染的汙染判定部；和在汙染判定部判定為雷射點火裝置未被汙染的情況下，將雷射點火裝置的雷射輸出設定為基準雷射輸出，在汙染判定部判定為雷射點火裝置被汙染的情況下，使雷射點火裝置的雷射輸出至少比基準雷射輸出增加的雷射輸出控制部；

在如此構成的本發明中，在判定為雷射點火裝置被汙染的情況下，使雷射點火裝置的雷射輸出與雷射點火裝置未被汙染的情況下使用的基準雷射輸出相比有所增加，因此能夠確實地將燃燒室內的混合氣點火。

本發明中，優選地，發動機是在規定的第一運行區域進行作為由混合氣的自著火引起的燃燒的壓縮自己著火燃燒，在與該第一運行區域不同的第二運行區域進行作為由雷射點火裝置的點火引起的強制燃燒的點火燃燒的壓縮自己著火式汽油發動機；汙染判定部在發動機中壓縮自己著火燃燒持續進行規定時間以上的情況下，判定為雷射點火裝置被汙染；

在如此構成的本發明中，考慮到壓縮自己著火式汽油發動機中，實施壓縮自己著火燃燒的情況下雷射點火裝置易被汙染，在壓縮自己著火燃燒持續進行規定時間以上的情況下判定為雷射點火裝置被汙染，因此能夠準確判斷雷射點火裝置的汙染。因此，根據本發明，能夠在恰當的正時執行使雷射點火裝置的雷射輸出與基準雷射輸出相比有所增加的控制，能夠抑制無用的能量消耗。

本發明中，優選地，雷射輸出控制部在汙染判定部判定為雷射點火裝置被汙染的情況下，使雷射點火裝置的雷射輸出增加至能夠除去雷射點火裝置的汙染的雷射輸出，在除去雷射點火裝置的汙染後，將雷射點火裝置的雷射輸出恢復至基準雷射輸出；

在如此構成的本發明中，在判定為雷射點火裝置被汙染的情況下，使雷射點火裝置的雷射輸出增加至能夠除去汙染的高雷射輸出，藉此能夠恰當地除去雷射點火裝置的汙染。又，根據本發明，除去雷射點火裝置的汙染後將雷射輸出恢復至基準雷射輸出，因此能夠抑制因繼續使用高雷射輸出引起的無用的能量消耗。

本發明中，優選地，還具有獲得與發動機的燃燒狀態相關的燃燒狀態相關值的燃燒狀態相關值獲得部，汙染判定部將由燃燒狀態相關值獲得部獲得的燃燒狀態相關值與基於雷射點火裝置未被汙染的狀態下發動機的燃燒狀態而規定的燃燒狀態判定值相比較，判定雷射點火裝置是否被汙染；

在如此構成的本發明中，考慮到在雷射點火裝置汙染時和非汙染時發動機的燃燒狀態的變化，基於與發動機的燃燒狀態相關的燃燒狀態相關值判定雷射點火裝置是否被汙染，因此能夠準確判斷雷射點火裝置的汙染。因此，根據本發明，能夠在恰當的正時執行使雷射點火裝置的雷射輸出與基準雷射輸出相比有所增加的控制，能夠抑制無用的能量消耗。

發明效果

根據本發明的雷射點火式發動機的控制裝置，能夠準確判定雷射點火裝置是否被汙染，並在恰當的正時執行對汙染的處理。又，根據本發明的雷射點火式發動機的控制裝置，能夠恰當地抑制雷射點火裝置被汙染時混合氣難以點火的問題。

附圖說明

圖1是根據本發明的實施形態的發動機的概略結構圖；

圖2中的圖2（A）是從上方觀察根據本發明的實施形態的發動機的立體圖，圖2（B）是該發動機的部分剖面圖；

圖3是概略示出根據本發明的實施形態的雷射點火裝置的俯視圖；

圖4是根據本發明的實施形態的雷射點火裝置被汙染的情況下發動機的燃燒狀態發生變化的理由的說明圖，是雷射點火裝置及活塞的一部分的放大圖；

圖5是示出根據本發明的實施形態的雷射點火裝置汙染時及非汙染時得到的缸內壓的具體例的圖；

圖6是根據本發明的實施形態的汙染判定方法的第一例的說明圖；

圖7是根據本發明的實施形態的汙染判定方法的第二例的說明圖；

圖8是根據本發明的實施形態的汙染判定方法的第二例中的另一例的說明圖；

圖9是根據本發明的實施形態的汙染判定方法的第三例的說明圖；

圖10是壓縮自己著火式汽油發動機中分別進行壓縮自己著火燃燒及點火燃燒的運行區域的說明圖；

圖11是示出根據本發明的實施形態的控制流程的流程圖。

具體實施方式

以下，參照附圖說明根據本發明的實施形態的雷射點火式發動機的控制裝置。

1．裝置結構

首先，參照圖1、圖2（A）及（B），說明根據本發明的實施形態的雷射點火式發動機的控制裝置所適用的發動機的結構。圖1是根據本發明的實施形態的發動機的概略結構圖，圖2（A）是從上方觀察該發動機的立體圖（局部透視地示出），圖2（B）是該發動機的部分剖面圖；

另外，圖1中，在左側示出進氣側，在右側示出排氣側，而在圖2（A）及（B）中，與圖1相反，在右側示出進氣側，在左側示出排氣側。又，圖2（A）及（B）中，為了方便說明，適當省略發動機的結構要素的圖示。

如圖1所示，發動機1是從進氣通路3供給進氣（空氣），使該進氣和燃料的混合氣燃燒而產生車輛的動力，並將由該燃燒產生的排氣從排氣通路21排出的內燃機關。例如，發動機1是汽油發動機；

具體而言，發動機1主要具有：將從進氣通路3供給的進氣導入燃燒室5內的進氣門7（參照圖2（B），圖2（A）中未圖示）；向燃燒室5燃料噴射的燃料噴射閥9（參照圖2（A）及（B））；發射出雷射從而對供給至燃燒室5內的進氣和燃料的混合氣進行點火的雷射點火裝置11（參照圖2（A）及（B））；藉由燃燒室5內的混合氣的燃燒進行往復運動的活塞13；一端與該活塞13連接的連杆15；與該連杆15的另一端連接，並藉由活塞13的往復運動而旋轉的曲軸17；和將由燃燒室5內的混合氣的燃燒產生的排氣向排氣通路21排出的排氣門19（參照圖2（B），圖2（A）中未圖示）。

又，發動機1上設有：檢測作為缸內的壓力的缸內壓，並輸出與該缸內壓對應的檢測信號S31的缸內壓傳感器31；檢測缸內產生的離子電流（燃燒時產生的離子電流），並輸出與該離子電流對應的檢測信號S33的離子電流傳感器33；和檢測相當於曲軸17的旋轉角度的曲軸角，並輸出與該曲軸角對應的檢測信號S35的曲軸角傳感器35。詳細而言，曲軸角傳感器35將與曲軸角對應的脈衝狀的信號（以下適當稱為「曲軸角信號」）作為檢測信號S35輸出。

又，發動機1由ECU（Electronic Control Unit，電子控制單元）50進行各種控制。ECU50在功能上具有：燃燒狀態相關值獲得部51、汙染判定部52、及雷射輸出控制部53；

ECU50的燃燒狀態相關值獲得部51獲得缸內壓傳感器31所檢測出的缸內壓（對應於檢測信號S31）、離子電流傳感器33所檢測出的離子電流（對應於檢測信號S33）、及曲軸角傳感器35所檢測出的曲軸角（對應於作為曲軸角信號的檢測信號S35）中的至少一種以上作為指示發動機1的燃燒狀態的燃燒狀態相關值；

ECU50的汙染判定部52基於像這樣由燃燒狀態相關值獲得部51獲得的燃燒狀態相關值，判定雷射點火裝置11是否被汙染；

ECU50的雷射輸出控制部53根據汙染判定部52的判定結果控制雷射點火裝置11的雷射輸出。該情況下，雷射輸出控制部53向雷射點火裝置11供給控制信號S11以此控制雷射輸出；

如上所述，ECU50相當於本發明的「雷射點火式發動機的控制裝置」。

另外，ECU50由具備CPU、在CPU上解釋執行的各種程序（包括OS等基本控制程序、在OS上啟動而實現特定功能的應用程式等）、以及容納程序和各種數據等的例如ROM、RAM等內部存儲器的計算機構成。

接著，參照圖3具體說明根據本發明的實施形態的雷射點火裝置11。圖3是概略示出根據本發明的實施形態的雷射點火裝置11的俯視圖。

如圖3所示，雷射點火裝置11主要具有：振蕩雷射的半導體雷射器等雷射源11a；和將從該雷射源11a振蕩出的雷射向外部發射的雷射發射部11c。具體而言，雷射發射部11c在其梢端部附近設有作為聚光透鏡的透鏡11d，向外部發射藉由透鏡11d將從雷射源11a振蕩出的作為平行光的雷射聚光而成的雷射。該透鏡11d形成為將雷射聚光於雷射點火裝置11的外部的位置、即在雷射點火裝置11的外部形成焦點的結構。

2．汙染判定方法

接著，說明本發明的實施形態中ECU50的汙染判定部52所進行的判定雷射點火裝置11的汙染的方法（汙染判定方法）。

如前所述，雷射點火裝置11中，存在配置於燃燒室5內的部分（例如透鏡11d等）上附著有油等汙漬而產生汙染的情況。在像這樣雷射點火裝置11被汙染的情況（例如透鏡11d被汙染情況）下，汙漬會妨礙雷射的通過，因此與雷射點火裝置11未被汙染的情況相比，發動機1的燃燒狀態有變化的傾向。

參照圖4具體說明雷射點火裝置11被汙染時發動機1的燃燒狀態發生變化的理由。圖4是根據本發明的實施形態的發動機1的一部分、具體而言雷射點火裝置11及活塞13的一部分的放大圖。

如圖4所示，雷射點火裝置11未被汙染時，藉由從雷射點火裝置11發射出的雷射，在位置P11著火，即位置P11成為著火點。然而，雷射點火裝置11被汙染時，附著於透鏡11d等上的油等汙漬會妨礙雷射的通過，從雷射點火裝置11發射出的雷射的能量降低，因此如圖4中的箭頭A1所示，在比雷射點火裝置11未被汙染時的著火點P11靠近活塞13側（換言之透鏡11d的焦點側）的位置P12著火。另外，在雷射點火裝置11的汙染程度較大的情況下，還存在未能著火的情況，即還存在失火的情況。

從上可知，在雷射點火裝置11被汙染的情況下，與雷射點火裝置11未被汙染的情況相比，發動機1的燃燒狀態會發生變化。因此，本實施形態中，基於發動機1的燃燒狀態判定雷射點火裝置11的汙染。具體而言，ECU50的燃燒狀態相關值獲得部51獲得指示發動機1的燃燒狀態的燃燒狀態相關值，ECU50的汙染判定部52基於該燃燒狀態相關值判定雷射點火裝置11是否被汙染。該情況下，基於雷射點火裝置11未被汙染的狀態下的發動機1的燃燒狀態，預先規定用於判定燃燒狀態相關值的燃燒狀態判定值，汙染判定部52在由燃燒狀態相關值獲得部51獲得的燃燒狀態相關值從該燃燒狀態判定值偏離的情況下，判定為雷射點火裝置11被汙染。

以下，說明根據本發明的實施形態的染判定方法的具體例。

2－1．汙染判定方法的第一例

首先，說明根據本實施形態的汙染判定方法的第一例。以下描述其概要：在第一例中，ECU50的燃燒狀態相關值獲得部51獲得由缸內壓傳感器31檢測出的缸內壓作為燃燒狀態相關值，ECU50的汙染判定部52使用基於雷射點火裝置11未被汙染的狀態下燃燒時得到的缸內壓而規定的缸內壓判定值作為燃燒狀態判定值，將由燃燒狀態相關值獲得部51在燃燒時獲得的缸內壓與該缸內壓判定值相比較，判定雷射點火裝置11是否被汙染。

在此，參照圖5（A）～（D），示出雷射點火裝置11汙染時及非汙染時實際得到的缸內壓的具體例，並說明雷射點火裝置11汙染時和非汙染時的缸內壓的區別。

圖5（A）將雷射點火裝置11非汙染時缸內壓相對於曲軸角的變化重迭60個循環而示出，圖5（B）示出雷射點火裝置11非汙染時60個循環各自的圖示轉矩。另一方面，圖5（C）將雷射點火裝置11汙染時缸內壓相對於曲軸角的變化重迭60個循環而示出，圖5（D）示出雷射點火裝置11汙染時60個循環各自的圖示轉矩；

另外，圖5（A）～（D）示出發動機轉速及發動機負荷為一定的情況下得到的結果例。又，圖5（C）及（D）示出雷射點火裝置11的汙染程度比較大的情況下得到的結果例。又，在圖5（A）及（C）中的符號CA1所示的曲軸角的範圍中，假設發動機1中已發生燃燒。

將圖5（A）及（B）所示的結果和圖5（C）及（D）所示的結果相比較可知，雷射點火裝置11非汙染時和汙染時在燃燒時的缸內壓是不同的。具體而言，可知雷射點火裝置11汙染時，與雷射點火裝置11非汙染時相比，發生了燃燒時的缸內壓較低的循環。尤其是如圖5（D）所示（參照虛線區域），可知雷射點火裝置11汙染時，存在發生了失火的循環；

根據本實施形態的汙染判定方法的第一例中，考慮到如圖5（A）～（D）所示的、雷射點火裝置11汙染時和非汙染時在燃燒時的缸內壓的不同，基於缸內壓判定雷射點火裝置11的汙染。

接著，參照圖6具體說明根據本實施形態的汙染判定方法的第一例；

圖6中，實線所示的曲線圖G11示出雷射點火裝置11非汙染時缸內壓相對於曲軸角的變化的一例，虛線所示的曲線圖G12示出雷射點火裝置11汙染時缸內壓相對於曲軸角的變化的一例。該曲線圖G12示出在雷射點火裝置11的汙染程度比較小的情況（具體而言，與圖5（C）及（D）所示的情況相比汙染程度小的情況）下得到的缸內壓。

如圖6中的箭頭A11所示，雷射點火裝置11汙染時，與雷射點火裝置11非汙染時相比，燃燒時（曲軸角CA11附近）的缸內壓有變低的傾向。其原因在於，雷射點火裝置11汙染時，與雷射點火裝置11非汙染時相比，在靠近活塞13側的位置著火（參照圖4），因此著火產生的火焰與活塞13接觸的正時提早而冷卻損失變大，從而缸內壓降低。

因此，根據本實施形態的汙染判定方法的第一例中，基於雷射點火裝置11非汙染時在燃燒時得到的缸內壓而預先設定缸內壓判定值，由缸內壓傳感器31在燃燒時實際檢測到的缸內壓為該缸內壓判定值以下的情況下，判定為雷射點火裝置11被汙染。具體而言，如圖6所示，基於雷射點火裝置11非汙染時在與燃燒時對應的曲軸角CA11處得到的缸內壓CP11，預先將只比該缸內壓CP11減小規定值的缸內壓CP12設定為缸內壓判定值。而且，ECU50的汙染判定部52在與燃燒時對應的曲軸角CA11處由ECU50的燃燒狀態相關值獲得部51獲得的缸內壓（即由缸內壓傳感器31檢測到的缸內壓）為缸內壓判定值CP12以下的情況下，判定為雷射點火裝置11被汙染。

另外，還考慮發動機1的運行狀態而設定缸內壓判定值CP12。例如，考慮發動機1的負荷、從排氣系統回流至進氣系統的排氣的流量（EGR量）等，設定缸內壓判定值CP12。這是因為，根據發動機1的運行狀態不同缸內壓的大小會發生變動，因此如果在不同的運行狀態下使用相同值的缸內壓判定值CP12，則可能會誤判雷射點火裝置11的汙染。在一個示例中，預先製作對發動機1的各運行狀態規定了缸內壓判定值CP12的映射圖，汙染判定部52參照該映射圖，採用與當前的發動機1的運行狀態相應的缸內壓判定值CP12。

另外，上述第一例中，判定了雷射點火裝置11是否被汙染，但也可以是不僅如此，還可判定雷射點火裝置11的汙染程度。例如，可以基於由燃燒狀態相關值獲得部51獲得的缸內壓偏離缸內壓判定值CP12的量，判定雷射點火裝置11的汙染程度。

2－2．汙染判定方法的第二例

接著，說明根據本實施形態的汙染判定方法的第二例。以下描述其概要：在第二例中，ECU50的燃燒狀態相關值獲得部51獲得由離子電流傳感器33檢測的離子電流作為燃燒狀態相關值，ECU50的汙染判定部52使用基於在雷射點火裝置11未被汙染的狀態下離子電流達到規定值的正時而規定的正時判定值作為燃燒狀態判定值，將由燃燒狀態相關值獲得部51實際獲得的離子電流達到該規定值的正時與正時判定值相比較，判定雷射點火裝置11是否被汙染。

參照圖7，具體說明這樣的根據本實施形態的汙染判定方法的第二例。圖7中，實線所示曲線圖G21示出雷射點火裝置11非汙染時離子電流的時間變化的一例，虛線所示的曲線圖G22示出雷射點火裝置11汙染時離子電流的時間變化的一例。該曲線圖G22示出雷射點火裝置11的汙染程度比較的小的情況下得到的離子電流。

如圖7所示，雷射點火裝置11非汙染時，在正時T21，離子電流達到規定值IC2（例如因燃燒而離子電流上升某種程度時的值），相對於此，雷射點火裝置11汙染時，在比正時T21靠後的正時T22，離子電流達到規定值IC2（另外，正時T21、T22例如以曲軸角達到壓縮頂點的正時等為基準而規定。後述的T23也同樣。）。也就是說，如圖7中的箭頭A21所示，雷射點火裝置11汙染時，與雷射點火裝置11非汙染時相比，離子電流達到規定值IC2的正時有延遲的傾向。這是因為，雷射點火裝置11汙染時，與雷射點火裝置11非汙染時相比，在靠近活塞13側的位置著火（圖4參照），因此著火產生的火焰到達離子電流傳感器33需要時間。

因此，根據本實施形態的汙染判定方法的第二例中，基於雷射點火裝置11非汙染時離子電流達到規定值IC2的正時T21，將比該正時T21隻延遲規定時間的正時T23預先設定為正時判定值。而且，ECU50的汙染判定部52在由ECU50的燃燒狀態相關值獲得部51獲得的離子電流（即由離子電流傳感器33檢測的離子電流）達到規定值IC2的正時比正時判定值T23延遲的情況下，判定為雷射點火裝置11被汙染；

另外，雷射點火裝置11的汙染程度較大的情況下離子電流可能根本無法達到規定值IC2（該情況下無法得到離子電流達到規定值IC2的正時），像這樣離子電流無法達到規定值IC2的情況下，可以判定為雷射點火裝置11被汙染。

在此，說明根據本實施形態的汙染判定方法的第二例中的其它例。第二例中的其它例中，取代上述正時判定值T23，使用基於雷射點火裝置11非汙染時得到的離子電流而規定的離子電流判定值作為燃燒狀態判定值，將由燃燒狀態相關值獲得部51獲得的離子電流與該離子電流判定值相比較，判定雷射點火裝置11是否被汙染。

參照圖8，具體說明上述根據本實施形態的汙染判定方法的第二例中的其它例。圖8中，實線所示的曲線圖G31示出雷射點火裝置11非汙染時離子電流的時間變化的一例，虛線所示的曲線圖G32示出雷射點火裝置11汙染時離子電流的時間變化的一例。該曲線圖G32示出雷射點火裝置11的汙染程度非常大的情況（具體而言，與圖7所示的情況相比汙染程度非常大的情況）下得到的離子電流。

如圖8所示，雷射點火裝置11汙染時，與雷射點火裝置11非汙染時相比，離子電流變低。更詳細而言，該情況下，雷射點火裝置11的汙染程度非常大，因此發動機1中發生失火，離子電流傳感器33基本檢測不到離子電流。

根據本實施形態的汙染判定方法的第二例中的其它例中，如圖8所示，預先將只比雷射點火裝置11非汙染時在燃燒時得到的離子電流減小規定值的值設定為離子電流判定值IC3，ECU50的汙染判定部52在由ECU50的燃燒狀態相關值獲得部51在燃燒時獲得的離子電流（即由離子電流傳感器33檢測的離子電流）為該離子電流判定值IC3以下的情況下，判定為雷射點火裝置11被汙染。例如，離子電流判定值IC3設定為只比雷射點火裝置11非汙染時在燃燒時的規定的正時下得到的離子電流減小規定值的值，汙染判定部52在由燃燒狀態相關值獲得部51在該規定的正時獲得的離子電流為離子電流判定值IC3以下的情況下，判定為雷射點火裝置11被汙染。

另外，還考慮發動機1的運行狀態而設定第二例中使用的正時判定值T23及離子電流判定值IC3。例如，考慮發動機1的負荷、從排氣系統回流至進氣系統的排氣的流量（EGR量）等，設定正時判定值T23及離子電流判定值IC3。這是因為，根據發動機1的運行狀態不同離子電流的大小會發生變動，因此如果在不同的運行狀態下使用相同值的正時判定值T23及離子電流判定值IC3，則可能會誤判雷射點火裝置11的汙染。在一個示例中，預先製作對發動機1的各運行狀態規定了正時判定值T23及離子電流判定值IC3的映射圖，汙染判定部52參照該映射圖，採用與當前的發動機1的運行狀態相應的正時判定值T23及離子電流判定值IC3。

又，上述第二例中，判定了雷射點火裝置11是否被汙染，但也可以是不僅如此，還可判定雷射點火裝置11的汙染程度。例如，可以基於由燃燒狀態相關值獲得部51獲得的離子電流達到規定值IC2的正時偏離正時判定值T23的量、或者由燃燒狀態相關值獲得部51獲得的離子電流偏離離子電流判定值IC3的量，判定雷射點火裝置11的汙染程度。

2－3．汙染判定方法的第三例

接著，說明根據本實施形態的汙染判定方法的第三例。以下描述其概要：第三例中，ECU50的燃燒狀態相關值獲得部51獲得來自曲軸角傳感器35的曲軸角信號作為燃燒狀態相關值，ECU50的汙染判定部52使用基於雷射點火裝置11未被汙染的狀態下燃燒時得到的曲軸角信號的脈衝寬度而規定的脈衝寬度判定值作為燃燒狀態判定值，將由燃燒狀態相關值獲得部51在燃燒時獲得的曲軸角信號的脈衝寬度與該脈衝寬度判定值相比較，判定雷射點火裝置11是否被汙染。

參照圖9，具體說明這樣的根據本實施形態的汙染判定方法的第三例。圖9中，實線所示的曲線圖G41示出雷射點火裝置11非汙染時燃燒時的曲軸角信號的一例，虛線所示的曲線圖G42示出雷射點火裝置11汙染時燃燒時的曲軸角信號的一例。

如圖9所示，雷射點火裝置11非汙染時，燃燒時的曲軸角信號具有脈衝寬度W41，相對於此，雷射點火裝置11汙染時，燃燒時的曲軸角信號成為大於脈衝寬度W41的脈衝寬度W42。也就是說，雷射點火裝置11汙染時，與雷射點火裝置11非汙染時相比，曲軸角信號的脈衝寬度變大。這是因為，雷射點火裝置11汙染時，與雷射點火裝置11非汙染時相比，在靠近活塞13側的位置著火（參照圖4），因此著火產生的火焰接觸活塞13的正時提早而冷卻損失變大，因此曲軸17的旋轉速度變慢。

因此，根據本實施形態的汙染判定方法的第三例中，如圖9所示，基於雷射點火裝置11未被汙染的狀態下燃燒時得到的曲軸角信號的脈衝寬度W41，預先將只比該脈衝寬度W41增大規定值的脈衝寬度W43設定為脈衝寬度判定值。而且，ECU50的汙染判定部52在由ECU50的燃燒狀態相關值獲得部51獲得的曲軸角信號（即來自曲軸角傳感器35的曲軸角信號）的脈衝寬度為該脈衝寬度判定值W43以上的情況下，判定為雷射點火裝置11被汙染。另外，雖然雷射點火裝置11的汙染程度較大的情況下可能會失火，但該情況下，獲得的曲軸角信號的脈衝寬度較大，因此使用上述脈衝寬度判定值W43能夠準確判定該雷射點火裝置11的汙染。

另外，還考慮發動機1的運行狀態而設定脈衝寬度判定值W43。例如，考慮發動機1的負荷、從排氣系統回流至進氣系統的排氣的流量（EGR量）等，設定脈衝寬度判定值W43。這是因為，根據發動機1的運行狀態不同曲軸角信號的脈衝寬度的大小會發生變動，因此如果在不同的運行狀態下使用相同值的脈衝寬度判定值W43，則可能會誤判雷射點火裝置11的汙染。在一個示例中，預先製作對發動機1的各運行狀態規定了脈衝寬度判定值W43的映射圖，汙染判定部52參照該映射圖，採用與當前的發動機1的運行狀態相應的脈衝寬度判定值W43。

另外，上述第三例中，判定了雷射點火裝置11是否被汙染，但也可以是不僅如此，還可判定雷射點火裝置11的汙染程度。例如，可以基於由燃燒狀態相關值獲得部51獲得的曲軸角信號的脈衝寬度偏離脈衝寬度判定值W43的量，判定雷射點火裝置11的汙染程度。

2－4．汙染判定方法的第四例

接著，說明根據本實施形態的汙染判定方法的第四例。上述根據本實施形態的汙染判定方法的第一～第三例中，考慮到雷射點火裝置11汙染時和非汙染時發動機1的燃燒狀態發生變化，從缸內壓傳感器31、離子電流傳感器33、曲軸角傳感器35等獲得與發動機1的燃燒狀態相關的燃燒狀態相關值，基於該燃燒狀態相關值判定雷射點火裝置11的汙染；

相對於此，根據本實施形態的汙染判定方法的第四例中，基於發動機1的運行歷史判定雷射點火裝置11的汙染。也就是說，根據本實施形態的汙染判定方法的第四例中，不是通過傳感來判定雷射點火裝置11的汙染，而是基於成為導致雷射點火裝置11的汙染的要因的發動機1的運行歷史，判定雷射點火裝置11的汙染。具體而言，根據本實施形態的汙染判定方法的第四例適用於作為壓縮自己著火式汽油發動機的發動機1，該發動機1實施：壓縮後的混合氣的自著火（HCCI：Homogeneous-Charge Compression Ignition，均質充量壓縮著火）引起的燃燒、即壓縮自己著火燃燒；和點火（SI：Spark Ignition，火花點火）引起的強制燃燒、即點火燃燒，基於該壓縮自己著火式汽油發動機的運行歷史判定雷射點火裝置11的汙染。

參照圖10，說明壓縮自己著火式汽油發動機中分別執行壓縮自己著火燃燒及點火燃燒的運行區域。圖10在橫軸示出發動機轉速，在縱軸示出發動機負荷。圖10中，區域R11示出執行壓縮自己著火燃燒（HCCI燃燒）的運行區域（相當於第一運行區域），區域R12示出執行點火燃燒（SI燃燒）的運行區域（相當於第二運行區域）。在此，執行壓縮自己著火燃燒的情況下，提高發動機1的壓縮比，但壓縮比較高時，使用利用介電擊穿（dielectric breakdown）的火花點火塞難以點火。因此，執行壓縮自己著火燃燒的情況下，如圖1所示的發動機1那樣，採用使用雷射進行點火的雷射點火裝置11是合適的。

執行如上所述的壓縮自己著火燃燒的情況下，燃燒溫度較低，因此雷射點火裝置11易被汙染。因此，根據本實施形態的汙染判定方法的第四例中，ECU50的汙染判定部52，基於實施壓縮自己著火燃燒的歷史，判定雷射點火裝置11是否被汙染。具體而言，汙染判定部52在發動機1中壓縮自己著火燃燒持續實施規定時間以上的情況下，明確地判定為雷射點火裝置11被汙染。在一個示例中，汙染判定部52基於發動機轉速及發動機負荷判斷壓縮自己著火燃燒的實施，並判定該壓縮自己著火燃燒是否持續實施規定時間以上。在另一示例中，汙染判定部52將不驅動雷射點火裝置11而執行的燃燒判斷為壓縮自己著火燃燒，並判定該壓縮自己著火燃燒是否持續實施規定時間以上。

3．雷射輸出控制方法

接著，說明本發明的實施形態中ECU50的雷射輸出控制部53所執行的控制雷射點火裝置11的雷射輸出的方法（雷射輸出控制方法）。本實施形態中，雷射輸出控制部53在汙染判定部52通過上述汙染判定方法（第一～第四例中的任一個）判定為雷射點火裝置11被汙染的情況下，使雷射點火裝置11的雷射輸出比雷射點火裝置11未被汙染的情況下設定的基準雷射輸出增加。

在一個示例中，雷射輸出控制部53將雷射點火裝置11的雷射輸出增加至即使是被汙染的雷射點火裝置11也能夠確實地使混合氣點火的雷射輸出（以下稱為「第一雷射輸出」。）。該情況下，雷射輸出控制部53基於發動機1的運行狀況（發動機負荷等）、如上所述由汙染判定部52判定的雷射點火裝置11的汙染程度等，求出確實地使混合氣點火所需的雷射輸出，使用該求出的雷射輸出作為第一雷射輸出。

在另一示例中，雷射輸出控制部53使雷射點火裝置11的雷射輸出增加至能夠除去雷射點火裝置11的汙染的高雷射輸出（以下稱為「第二雷射輸出」。）。以像這樣的高輸出的第二雷射輸出從雷射點火裝置11發射雷射時，雷射點火裝置11中配置於燃燒室5內的部分（透鏡11d等）上附著的汙漬吸收光而燃燒以此被除去。該情況下，基本上第二雷射輸出比第一雷射輸出高，因此與使用上述第一雷射輸出的情況同樣地，能夠確實地使混合氣點火；

具體而言，雷射輸出控制部53基於發動機1的運行狀況（發動機負荷等）、如上所述由汙染判定部52判定的雷射點火裝置11的汙染程度等，求出除去雷射點火裝置11的汙染所需的雷射輸出，使用該求出的雷射輸出作為第二雷射輸出。又，在以像這樣的第二雷射輸出從雷射點火裝置11發射雷射的期間，使汙染判定部52始終判定雷射點火裝置11的汙染，雷射輸出控制部53在汙染判定部52判定為雷射點火裝置11未被汙染時，將雷射點火裝置11的雷射輸出從第二雷射輸出恢復至基準雷射輸出。也就是說，雷射輸出控制部53在雷射點火裝置11的汙染被除去為止，將雷射點火裝置11的雷射輸出繼續設定為第二雷射輸出，一旦雷射點火裝置11的汙染被除去，則將雷射點火裝置11的雷射輸出恢復至基準雷射輸出。

另外，壓縮自己著火式汽油發動機中，在從壓縮自己著火燃燒切換為點火燃燒之前，可以使用上述第二雷射輸出由雷射點火裝置11預備點火。藉助於此，能夠恰當地除去在實施壓縮自己著火燃燒的期間雷射點火裝置11中產生的汙染。

另外，根據發動機1的運行狀況，即使不將雷射點火裝置11的雷射輸出設定為第二雷射輸出，雷射點火裝置11的汙染也可能自然地被除去。例如，在缸內溫度變高之類的運行狀況下，雷射點火裝置11的汙染可能自然地被除去。因而，使用比第二雷射輸出低的第一雷射輸出的情況下，雷射點火裝置11的汙染也可能被除去。因此，將雷射點火裝置11的雷射輸出設定為第一雷射輸出的情況下，也可以使汙染判定部52始終判定雷射點火裝置11的汙染，並且在汙染判定部52判定為雷射點火裝置11未被汙染時，將雷射點火裝置11的雷射輸出從第一雷射輸出恢復至基準雷射輸出。

4．控制流程

接著，參照圖11，說明本發明的實施形態中ECU50所執行的控制流程。圖11是示出根據本發明的實施形態的控制流程的流程圖。該流程由ECU50以規定的周期重複執行。

首先，步驟S1中，ECU50的燃燒狀態相關值獲得部51獲得缸內壓、離子電流及曲軸角信號中的至少任意一種作為與發動機1的燃燒狀態相關的燃燒狀態相關值。該情況下，燃燒狀態相關值獲得部51從缸內壓傳感器31獲得缸內壓（與檢測信號S31對應），從離子電流傳感器33獲得離子電流（與檢測信號S33對應），從曲軸角傳感器35獲得曲軸角信號（與檢測信號S35對應）。然後，處理向步驟S2前進。

步驟S2中，ECU50的汙染判定部52判定雷射點火裝置11是否被汙染。該情況下，汙染判定部52執行根據前述第一～第四例的汙染判定方法中的任一種，判定雷射點火裝置11是否被汙染（參照「2．汙染判定方法」部分）。其結果是，判定為雷射點火裝置11被汙染的情況下（步驟S2：是），處理向步驟S3前進。相對於此，判定為雷射點火裝置11未被汙染的情況下（步驟S2：否），處理結束。

步驟S3中，ECU50的雷射輸出控制部53使雷射點火裝置11的雷射輸出比雷射點火裝置11未被汙染的情況下設定的基準雷射輸出增加。在一個示例中，雷射輸出控制部53使雷射點火裝置11的雷射輸出增加至即使是被汙染的雷射點火裝置11也能夠確實地使混合氣點火的第一雷射輸出。在另一個示例中，雷射輸出控制部53使雷射點火裝置11的雷射輸出增加至能夠除去雷射點火裝置11的汙染的第二雷射輸出。然後，處理向步驟S4前進。

步驟S4中，ECU50的汙染判定部52與上述步驟S2同樣地，再次判定雷射點火裝置11是否未被汙染。其結果是，判定為雷射點火裝置11未被汙染的情況下（步驟S4：是），處理向步驟S5前進。該情況下，ECU50的雷射輸出控制部53將雷射點火裝置11的雷射輸出恢復至基準雷射輸出（步驟S5）。然後，處理結束；

相對於此，判定為雷射點火裝置11被汙染的情況下（步驟S4：否），處理返回至步驟S3。該情況下，雷射輸出控制部53維持上述步驟S3中設定的比基準雷射輸出高的雷射輸出。雷射輸出控制部53維持比基準雷射輸出高的雷射輸出，直至在步驟S4中判定為雷射點火裝置11未被汙染為止、即雷射點火裝置11的汙染被除去為止。

5．作用效果

接著，說明根據本發明的實施形態的雷射點火式發動機的控制裝置的作用效果。

根據本實施形態，考慮到雷射點火裝置11汙染時和非汙染時發動機1的燃燒狀態會發生變化，基於缸內壓、離子電流、曲軸角信號等與發動機1的燃燒狀態相關的燃燒狀態相關值，判定雷射點火裝置11是否被汙染，因此能夠準確地判斷雷射點火裝置11的汙染。又，根據本實施形態，考慮到壓縮自己著火式汽油發動機中，在實施壓縮自己著火燃燒的情況下雷射點火裝置11易被汙染，基於實施壓縮自己著火燃燒的歷史，判定雷射點火裝置11是否被汙染，因此藉助於此也能準確地判斷雷射點火裝置11的汙染。

因此，根據本實施形態，能夠在恰當的正時執行對雷射點火裝置11的汙染的處理，能夠抑制無用的能量消耗。具體而言，能夠僅在雷射點火裝置11被汙染的情況下執行使雷射點火裝置11的雷射輸出比基準雷射輸出增加的控制，能夠抑制使雷射輸出增加所導致的能量的消耗。

又，根據本實施形態，在判定為雷射點火裝置11被汙染的情況下，使雷射點火裝置11的雷射輸出增加至第一雷射輸出，因此即使是被汙染的雷射點火裝置11也能夠確實地使混合氣點火。此外，根據本實施形態，在判定為雷射點火裝置11被汙染的情況下，使雷射點火裝置11的雷射輸出增加至第二雷射輸出，因此能夠恰當地除去雷射點火裝置11的汙染。

又，根據本實施形態，在以第二雷射輸出從雷射點火裝置11發射雷射期間，始終判定雷射點火裝置11的汙染，並在判定為雷射點火裝置11未被汙染時將雷射輸出從第二雷射輸出恢復至基準雷射輸出，因此能夠抑制因繼續使用第二雷射輸出而導致的能量消耗。

符號說明

1 發動機

3 進氣通路

5 燃燒室

9 燃料噴射閥

11 雷射點火裝置

11d 透鏡

13 活塞

17 曲軸

21 排氣通路

31 缸內壓傳感器

33 離子電流傳感器

35 曲軸角傳感器

50 ECU

51 燃燒狀態相關值獲得部

52 汙染判定部

53 雷射輸出控制部。